Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера Российский патент 2024 года по МПК B29C64/321 B29C64/336 B33Y30/00 

Изобретение относится к строительной области, а именно к устройствам для приготовления, транспортировки и укладки строительных смесей при строительстве жилых домов, зданий и сооружений различного назначения, в частности к экструдерам с приводом перемешивающих средств, устанавливаемым на строительные 3D-принтеры для послойного изготовления трехмерных объектов.

Известен экструдер строительных смесей (пат. РФ №2724163, В29С 64/209, опубл. 22.06.2020, Бюл. №18), состоящий из емкости с креплением на исполнительных механизмах 3D-принтера, имеющей отверстие для загрузки строительного материала в верхней части емкости, и сопла в ее нижней части для экструдирования строительного материала. Перед соплом в нижнюю часть емкости интегрирован дозатор (шнек или героторная пара), позволяющий регулировать количество строительной смеси при формировании печатаемого слоя. В емкости расположено подмешивающее устройство, выполненное в виде подмешивающей рамки с приводом, который одновременно является приводом для дозатора. Сопло имеет запорный клапан для исключения самопроизвольного вытекания строительной смеси. Емкость может содержать дополнительное отверстие для загрузки пластифицирующих и/или иных добавок.

Недостатком устройства является невозможность оперативного приготовления строительного раствора из-за необходимости загрузки уже готовой смеси, доставляемой до экструдера, например, по рукаву. Из-за использования одного привода для дозатора и подмешивающей рамки нет возможности раздельно управлять скоростью подачи и интенсивностью перемешивания раствора.

Известен смеситель строительного материала (пат. РФ №2735761, B01F7/08; B01F 7/18; B01F 15/02; В28С 5/12, опубл. 06.11.2020 Бюл. №31), содержащий подающее устройство и горизонтально расположенный барабан с отверстиями. К одному впускному отверстию барабана присоединено подающее устройство в виде воронки для загрузки перекачиваемой по рукаву бетонной смеси и добавки к смеси. Либо добавка может подводиться отдельно по дополнительному впускному отверстию. Подающее устройство содержит вращающиеся с помощью привода перемешивающие элементы. В барабане на одной оси расположен перемешивающий вал, соединенный с приводом, и транспортирующее устройство в виде шнека. Транспортирующее устройство непосредственно примыкает к перемешивающему валу, чем обеспечивается возможность захвата и выгрузки из барабана через выпускное отверстие готовой строительной смеси.

Недостатком устройства является невозможность оперативного приготовления строительного раствора из-за использования преимущественно "мокрой" подачи, сопряженной с проблемой доставки по длинным рукавам жидкого, но с высокой вязкостью раствора от стационарного устройства приготовления до подвижного экструдера. Жесткая связь транспортирующего устройства с перемешивающим валом не позволяет раздельно управлять скоростью подачи и интенсивностью перемешивания раствора. Кроме того, при остановке вращения шнека не гарантируется прекращение подачи материала из-за его вытекания под действием силы тяжести.

Известно устройство подготовки и подачи материала строительного 3 D-принтера (пат. РФ №2767464, В29С 67/04; E04G 21/02, опубл. 17.03.2022 Бюл. №8), выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус, внутри которого имеются две соединенные между собой полости: полость перемешивания и полость подачи. В полости перемешивания установлен перемешивающий вал, а в полости подачи - подающий вал. Перемешивающий вал вращается за счет собственного привода и представляет из себя цилиндр с установленными на нем двумя функциональными элементами: перемешивающими элементами и подающим элементом. Подающий вал вращается за счет собственного привода и представляет из себя ротор героторной пары. Оси перемешивающего и подающего вала взаимно перпендикулярны. К полости перемешивания присоединен циклон подачи сухой смеси в порошкообразном виде, который соединен с каналом подачи сухой смеси. Кроме этого, к полости перемешивания присоединен канал подачи жидкости. На выходе из полости подачи установлена сменная насадка с собственным приводом.

Недостатком устройства является подача жидкости непосредственно через канал в массу сухой смеси, находящейся вначале камеры перемешивания, что ухудшает равномерность смачивания и требует увеличения времени перемешивания. Горизонтальное расположение камеры перемешивания и отсутствие подающих элементов на входе камеры ухудшает прохождение через нее раствора. В свою очередь, взаимно перпендикулярное расположение камер перемешивания и подачи затрудняет прохождение готового раствора, что обусловлено резкой сменой направления движения и высокой вязкостью предназначенной для 3D-печати строительной смеси. Использование в качестве подающего элемента героторной пары приводит к неравномерной подаче строительной смеси. Отсутствие датчиков контроля объема смеси и жидкости не позволяет оперативно управлять параметрами смеси.

Задачей заявляемого изобретения является улучшение качества и оперативное управление качеством строительного раствора для 3D-печати.

Техническим результатом является обеспечение равномерного по объему смачивания сухой смеси при смешивании компонентов непосредственно перед экструзией, оперативное управление составом и свойствами смеси путем контроля количества жидкой составляющей, а также сокращение времени подготовки раствора.

Технический результат при решении поставленной задачи достигается тем, что в экструдере-смесителе строительного 3D-принтера, содержащем корпус, внутри которого имеются фильтр-циклон с каналом подачи сухой смеси в порошкообразном виде, камера перемешивания с установленным в ней перемешивающим ротором, снабженным перемешивающими элементами и отдельным приводом, канал подачи жидкой составляющей, камера подачи готовой строительной смеси с установленным в ней подающим валом, снабженным отдельным приводом, и подающий элемент в виде шнека, а на выходе камеры подачи установлена сменная насадка, между фильтром- циклоном и камерой перемешивания расположена камера смачивания с установленными в ней форсунками, соединенными с каналом подачи жидкой составляющей, при этом фильтр-циклон, камера смачивания, камера перемешивания, камера подачи готовой строительной смеси и сменная насадка расположены последовательно в вертикальном направлении сверху вниз, подающий элемент в виде шнека установлен на подающем валу в камере подачи готовой строительной смеси, а подающий вал расположен коаксиально в перемешивающем роторе. При этом в экструдере-смесителе привод подающего вала может быть выполнен следящим, перемешивающие элементы перемешивающего ротора выполнены в виде лопаток и/или штырей, расположенных перпендикулярно к оси перемешивающего ротора, а сменная насадка на выходе камеры подачи готовой строительной смеси снабжена задвижкой. Причем, задвижка сменной насадки на выходе камеры подачи готовой строительной смеси и сама сменная насадка могут быть снабжены отдельными приводами. Кроме того, экструдер-смеситель может быть снабжен датчиком контроля предельной общей массы экструдера, расходомером в канале подачи жидкой составляющей и вибратором, установленным на корпусе в районе камеры перемешивания.

Изобретение поясняется схемой (фиг.) устройства экструдера-смесителя строительного 3D-принтера.

Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера состоит из следующих элементов: в корпусе 1 экструдера-смесителя расположены последовательно друг за другом в вертикальном направлении сверху вниз: фильтр-циклон 2, камера смачивания 3, камера перемешивания 4 и камера подачи готовой строительной смеси 5. В верхней части фильтра-циклона 2 находится канал подачи сухой смеси 6. Нижнее выходное отверстие фильтра-циклона 2 является входным отверстием камеры смачивания 3. Внутри камеры смачивания 3 равномерно по ее периметру расположены форсунки 7, связанные с каналом подачи жидкой составляющей 8, который может быть снабжен расходомером 9. Выходное отверстие камеры смачивания 3 является входным отверстием камеры перемешивания 4. Внутри камеры перемешивания 4 расположен перемешивающий ротор 10, имеющий отдельный регулируемый привод 11 и снабженный перемешивающими элементами 12, которые могут быть выполнены в виде лопаток и/или штырей, расположенных перпендикулярно к оси перемешивающего ротора 10. Выходное отверстие камеры перемешивания 4 соединено с камерой подачи готовой строительной смеси 5, внутри которой на подающем валу 13 расположен подающий элемент в виде шнека 14. Подающий вал 13 расположен коаксиально в перемешивающем роторе 10 и имеет отдельный следящий привод 15, который может быть выполнен следящим. Выходное отверстие камеры подачи готовой строительной смеси 5 соединено со сменной насадкой 16, которая может быть снабжена отдельным приводом 17. Сменная насадка 16 может быть снабжена задвижкой 18 с отдельным приводом 19. При этом экструдер-смеситель закреплен на раме 20 3D-принтера через датчик контроля предельной общей массы 21, а на корпусе 1 экструдера-смесителя в районе камеры перемешивания 4 установлен вибратор 22.

Устройство работает следующим образом.

Сухая смесь путем воздушной подачи, например, из подающего рукава, поступает через канал 6 подачи сухой смеси в фильтр-циклон 2, где сепарируется. Жидкая составляющая через канал подачи жидкой составляющей 8 подается к форсункам 7 камеры смачивания 3. Осевшая на стенках фильтра-циклона 2 сухая смесь под действием силы тяжести ссыпается через нижнее выходное отверстие в камеру смачивания 3, где взаимодействует с каплями жидкой составляющей, распыленными форсунками 7. Частично сухая смесь смачивается в процессе падения, а оставшаяся часть - на поверхности раствора находящегося в камере перемешивания 4. Перемешивание раствора осуществляется в камере перемешивания 4 перемешивающими элементами 12, установленными на перемешивающем роторе 10, путем вращения перемешивающего ротора 10 регулируемым приводом И. Получаемый раствор поступает в камеру подачи готовой строительной смеси 5. С помощью подающего элемента в виде шнека 14, установленного на подающем валу 13, готовый раствор поступает в сменную насадку 16, причем подающий вал 13 вращается с помощью отдельного следящего привода 15. Приостановка подачи готового раствора из сменной насадки 16 на печатаемый строительным 3 D-принтером объект осуществляется путем остановки подающего вала 13 и закрытия задвижки 18 вручную или с помощью отдельного привода 19. Изменение направления экструзии раствора производится путем поворота сменной насадки 16 с помощью отдельного привода 17. С целью улучшения реологических свойств раствора к камере перемешивания 4 и сменной насадке 16 подводят колебания малой амплитуды с помощью вибратора 22. Для контроля оптимального соотношения между сухой смесью и жидкой составляющей расход последней измеряется расходомером 9. С целью предотвращения переполнения камеры перемешивания 4 при простое или малой подаче готового раствора, подача сухой смеси и жидкой составляющей отключается по сигналу датчика 21 контроля предельной общей массы экструдера.

Непрерывное смачивание частичек сухой смеси каплями распыленной форсунками жидкой составляющей в процессе падения в камере смачивания, а также на поверхности раствора в камере перемешивания, обеспечивает высокую равномерность начального распределения жидкости по объему сухой смеси, что позволяет сократить время перемешивания и повысить качество строительного раствора.

Смешивание компонентов раствора непосредственно перед экструзией, малый период подготовки смеси, использование расходомера в канале подачи жидкой составляющей, а также наличие вибратора в районе камеры перемешивания позволяют осуществлять оперативное управление свойствами и качеством строительного раствора для 3D-печати.

Пояснения к чертежам:

1 - корпус;

2 - фильтр-циклон;

3 - камера смачивания;

4 - камера перемешивания;

5 - камера подачи готовой строительной смеси;

6 - канал подачи сухой смеси;

7 - форсунки;

8 - канал подачи жидкой составляющей;

9 - расходомер;

10 - перемешивающий ротор;

11 - регулируемый привод;

12 - перемешивающий элемент;

13 - подающий вал;

14 - подающий элемент в виде шнека;

15 - отдельный следящий привод;

16 - сменная насадка;

17 - отдельный привод сменной насадки;

18 - задвижка;

19 - отдельный привод задвижки;

20 - рама 3D-принтера;

21 - датчик контроля предельной общей массы;

22 - вибратор.

Изобретение относится к экструдеру-смесителю строительного 3D-принтера. Техническим результатом является улучшение качества и оперативное управление качеством строительного раствора для 3D-печати. Технический результат достигается тем, что в корпусе экструдера расположены последовательно друг за другом в вертикальном направлении сверху вниз: фильтр-циклон, камеры смачивания, перемешивания и подачи готовой строительной смеси. В верхней части фильтра-циклона находится канал подачи сухой смеси. Выходное отверстие фильтра-циклона является входным отверстием камеры смачивания. Внутри камеры смачивания по ее периметру расположены форсунки, связанные с каналом подачи жидкой составляющей, снабженным расходомером. Выходное отверстие камеры смачивания является входным отверстием камеры перемешивания. Внутри камеры перемешивания расположен перемешивающий ротор, имеющий отдельный привод и снабженный перемешивающими элементами, которые могут быть выполнены в виде лопаток и/или штырей, расположенных перпендикулярно к оси ротора. Выходное отверстие камеры перемешивания соединено с камерой подачи готовой строительной смеси, внутри которой на подающем валу расположен подающий элемент в виде шнека. Подающий вал расположен коаксиально в перемешивающем роторе и имеет отдельный следящий привод. Выходное отверстие камеры подачи готовой строительной смеси соединено со сменной насадкой, которая снабжена отдельным приводом и задвижкой, также имеющей отдельный привод. При этом экструдер-смеситель закреплен на раме 3D-принтера через датчик контроля предельной общей массы, а на корпусе экструдера в районе камеры перемешивания установлен вибратор. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера, содержащий корпус, внутри которого имеются фильтр-циклон с каналом подачи сухой смеси в порошкообразном виде, камера перемешивания с установленным в ней перемешивающим ротором, снабженным перемешивающими элементами и отдельным приводом, канал подачи жидкой составляющей, камера подачи готовой строительной смеси с установленным в ней подающим валом, снабженным отдельным приводом, и подающий элемент в виде шнека, а на выходе камеры подачи установлена сменная насадка, отличающийся тем, что между фильтром-циклоном и камерой перемешивания расположена камера смачивания с установленными в ней форсунками, соединенными с каналом подачи жидкой составляющей, при этом фильтр-циклон, камера смачивания, камера перемешивания, камера подачи готовой строительной смеси и сменная насадка расположены последовательно в вертикальном направлении сверху вниз, подающий элемент в виде шнека установлен на подающем валу в камере подачи готовой строительной смеси, а подающий вал расположен коаксиально в перемешивающем роторе.

2. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по п. 1, отличающийся тем, что привод подающего вала выполнен следящим.

3. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перемешивающие элементы перемешивающего ротора выполнены в виде лопаток и/или штырей, расположенных перпендикулярно к оси перемешивающего ротора.

4. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по пп. 1-3, отличающийся тем, что сменная насадка на выходе камеры подачи готовой строительной смеси снабжена задвижкой.

5. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по п. 4, отличающийся тем, что задвижка сменной насадки на выходе камеры подачи готовой строительной смеси снабжена отдельным приводом.

6. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по пп. 1-5, отличающийся тем, что сменная насадка на выходе камеры подачи готовой строительной смеси снабжена отдельным приводом.

7. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что он снабжен датчиком контроля предельной общей массы экструдера.

8. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что канал подачи жидкой составляющей снабжен расходомером.

9. Экструдер-смеситель строительного 3D-принтера по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что на корпусе в районе камеры перемешивания установлен вибратор.