BR112021013972A2 - Sistema para aplicação de um material de construção - Google Patents
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Abstract
sistema para aplicação de um material de construção. a invenção se refere a um sistema (1) para a aplicação de material de construção compreendendo: um dispositivo de mistura (10) para misturar componentes individuais do material de construção em um material de construção curável; uma cabeça de pressão (3) que pode ser movida em pelo menos uma direção espacial e por meio da qual o material de construção funcional pode ser aplicado; uma linha de entrega (12), com a qual o material de construção curável pode ser transportado do dispositivo de mistura (10) para a cabeça de pressão (3); pelo menos um dispositivo de entrega (30) para a entrega do material de construção curável do dispositivo de mistura (19) através da linha de entrega (12) para a cabeça de pressão (3); um dispositivo de alimentação (9), que é projetado de modo que pelo menos dois componentes separados do material de construção podem ser alimentados por pelo menos duas entradas separadas (10.1, 10.2, 10.3) para dentro do dispositivo de mistura (10), mais particularmente para dentro de uma câmara de mistura do dispositivo de mistura (10).
Description
[0001] A invenção se refere a um sistema para aplicação de um material de construção e ao uso do sistema para a produção de objetos tridimensionais a partir de materiais de construção curáveis, particularmente a partir de aglutinantes minerais ou composições de aglutinante mineral, particularmente de composições de concreto e/ou argamassa.
[0002] A produção de corpos moldados por processos de manufatura generativa está ganhando cada vez mais importância em todos os campos da tecnologia. O termo "processo de manufatura generativa" ou "manufatura generativa" refere-se a processos nos quais um objeto tridimensional ou um corpo moldado é produzido por deposição tridimensional direcionada, aplicação e/ou solidificação de material.
[0003] A deposição, aplicação e/ou solidificação do material é, particularmente, realizada com o auxílio de um modelo de dados do objeto a ser produzido e, particularmente, em camadas. No processo de manufatura generativa, cada objeto é normalmente produzido a partir de uma ou mais camadas. Para fabricar um objeto, é usual empregar um material sem forma (por exemplo, líquidos, pós, grânulos etc.) e/ou um material de forma neutra (por exemplo, fitas, fios) que seja, particularmente, submetido a produtos químicos e/ou processos físicos (por exemplo, derretimento, polimerização, sinterização, cura). Os processos de manufatura generativa também são referidos como, entre outras coisas, "processos de manufatura aditiva", "manufatura aditiva" ou "impressão 3D".
[0004] No setor da construção, há algum tempo tem havido tentativas de produzir componentes de construção geometricamente exigentes, como elementos de concreto por processos generativos.
[0005] Até certo ponto, isso é possível por meio de aparelhos apropriados. Assim, por exemplo, WO 2013/064826 A1 divulga um processo e um aparelho para aplicação de materiais à base de cimento. Neste documento, o material à base de cimento líquido é aplicado por meio de um braço móvel de robô em um local pretendido. Uma desvantagem de tais sistemas é que o material de construção muitas vezes não é suficientemente constante no que diz respeito a várias propriedades, particularmente no que diz respeito à mistura de componentes. Como resultado, podem ocorrer irregularidades em uma estrutura produzida com o material de construção.
[0006] Em geral, as propriedades físicas e químicas das composições de aglutinantes minerais aumentam muito a dificuldade de produção generativa de objetos ou corpos moldados a partir de tais composições de aglutinantes. Como foi constatado, isso é, particularmente, atribuível ao fato de que as propriedades das composições de aglutinantes minerais no estado processável, tanto durante o processo de cura quanto no estado curado, são fortemente influenciadas pelas condições ambientais e o aparelho na produção e aplicação.
[0007] Adicionalmente, a composição do material de construção curado deve atender a outros requisitos, dependendo dos objetos a serem produzidos. Por exemplo, pode ser necessário controlar as propriedades de fluxo, a cinética e o comportamento de contração durante o processo de pega e cura ou a resistência e qualidade da superfície após a cura, a fim de produzir um objeto com as propriedades desejadas.
[0008] Os sistemas conhecidos até agora para a produção generativa de objetos a partir de materiais de construção curáveis não são completamente convincentes ou são complexos em termos de construção e operação.
[0009] Por essa razão, continua a haver necessidade de soluções novas e melhoradas que, preferencialmente, superem as desvantagens acima mencionadas.
[0010] A presente invenção, portanto, aborda o problema de fornecer processos melhorados para a produção generativa de corpos moldados. Os processos devem, particularmente, permitir a produção eficiente, confiável e muito flexível de corpos moldados a partir de materiais de construção curáveis, particularmente composições de aglutinantes minerais. Isso deve, se possível, ser combinado com um gasto muito baixo em termos de aparelho e ser o mais barato possível.
[0011] Foi constatado de forma inovadora que o problema abordado pela invenção pode ser resolvido por um processo para aplicação de um material de construção curável, conforme a reivindicação 1.
[0012] Como se constatou, os objetos podem ser produzidos a partir de materiais de construção curáveis, por exemplo a partir de composições de aglutinantes minerais, de forma eficiente, confiável e flexível por meio de um tal sistema, que pode ser mantido relativamente simples em termos de aparelho. Devido ao aparelho limitado requerido, os custos dos sistemas de acordo com a invenção podem ser mantidos relativamente baixos.
[0013] Foi constatado de forma inovadora que objetos que têm uma boa qualidade em termos de resistência e natureza da superfície podem, no entanto, ser produzidos por tais sistemas. Os sistemas também são universalmente utilizáveis e podem, se requerido, ser usados para a aplicação de uma ampla variedade de materiais de construção curáveis, por exemplo, composições de argamassa ou concreto.
[0014] Isto pode ser atribuído ao fato de que um dispositivo de alimentação está presente, por meio do qual pelo menos dois componentes separados do material de construção podem ser introduzidos no aparelho de mistura por pelo menos duas entradas separadas. A composição do material de construção curável pode, portanto, ser adaptada a qualquer momento e de forma flexível.
[0015] Adicionalmente, por meio de unidades de controle configuradas e/ou unidades de medição opcionais, o sistema pode ser expandido de forma relativamente simples para uma variedade de usos.
[0016] Aspectos adicionais da invenção são a matéria principal das demais reivindicações independentes. As modalidades particularmente preferenciais da invenção são a matéria das reivindicações dependentes.
[0017] Em um primeiro aspecto, a invenção fornece um sistema para aplicação de um material de construção curável, compreendendo: - um aparelho de mistura para misturar componentes individuais do material de construção para prover um material de construção curável no estado de pega; - uma cabeça de impressão que é móvel em pelo menos uma direção no espaço e por meio da qual o material de construção pode ser aplicado, particularmente em uma posição predefinida; - um canal de transporte por meio do qual o material de construção pode ser transportado do aparelho de mistura para a cabeça de impressão;
- pelo menos um dispositivo de transporte para transportar material de construção em pega do aparelho de mistura através do canal de transporte para a cabeça de impressão; - um dispositivo de alimentação que é configurado de modo que pelo menos dois componentes separados do material de construção curável possam ser introduzidos por pelo menos duas entradas separadas no aparelho de mistura, particularmente em uma câmara de mistura do aparelho de mistura.
[0018] Para os presentes fins, um "material de construção" é um material que compreende ou consiste em pelo menos dois componentes separados. O material de construção serve, particularmente, para a ereção de objetos tridimensionais que podem ser, por exemplo, componentes de obras de construção e/ou edifícios.
[0019] Um "material de construção curável" é um material de construção que é tipicamente fluido ou capaz de ser liquefeito e após a preparação, por exemplo, por adição de água de mistura e/ou por mistura de componentes, pode curar como sólido. O material de construção curável é, por exemplo, resinas de reação, um aglutinante mineral, composições de aglutinantes minerais ou misturas destes.
[0020] Um "material de construção em pega" é, portanto, um material de construção curável no estado de pega ou cura, em que o processo de pega foi iniciado, por exemplo, pela adição de água de mistura e/ou um endurecedor.
[0021] Resinas de reação são, particularmente, resinas sintéticas líquidas ou liquidificáveis que curam por polimerização ou poliadição para prover termofixos. Por exemplo, é possível usar resinas de poliéster insaturado, resinas de éster vinílico, resinas acrílicas, resinas epóxi, resinas de poliuretano e/ou resinas de silicone.
[0022] A expressão "aglutinante mineral" refere-se, particularmente, a um aglutinante que reage na presença de água em uma reação de hidratação para prover hidratos sólidos ou fases de hidrato. Pode ser, por exemplo, um aglutinante hidráulico (por exemplo, cimento ou cal hidráulica), um aglutinante hidráulico latente (por exemplo, escória), um aglutinante pozolânico (por exemplo, cinzas volantes) ou um aglutinante não hidráulico (por exemplo, gesso ou cal branco).
[0023] Uma "composição de aglutinante mineral" é, portanto, uma composição contendo pelo menos um aglutinante mineral. Isso, no presente caso,
contém, particularmente, o aglutinante, agregados e opcionalmente uma ou mais misturas. Os agregados presentes podem ser, por exemplo, frações de partículas de rocha, cascalho, areia (na forma natural e/ou processada - por exemplo, triturada) e/ou preenchimentos.
[0024] O aparelho de mistura é, particularmente, concebido de modo a poder ser operado continuamente durante a aplicação do material de construção em pega. Isto é particularmente para que o material de construção curável no estado de pega possa ser fornecido continuamente a partir dos pelo menos dois componentes separados e possa ser transportado pelo canal de transporte para a cabeça de impressão.
[0025] O aparelho de mistura é preferencialmente projetado de modo que um tempo médio de residência dos componentes do material de construção curável no aparelho de mistura, particularmente um misturador dinâmico, seja inferior a 10s, mais preferencialmente inferior a 7s, particularmente preferencialmente inferior a 4s. O tempo médio de residência dos componentes do material de construção curável no aparelho de mistura é, para os presentes fins, o período de tempo durante o qual uma partícula do material de construção curável permanece em média no aparelho de mistura, da entrada à saída.
[0026] O aparelho de mistura compreende, preferencialmente, um misturador dinâmico. No presente documento, um "misturador dinâmico" é um aparelho de mistura que compreende elementos móveis e é adequado para misturar constituintes sólidos e/ou líquidos pelo movimento dos elementos móveis. Uma mistura particularmente eficaz dos componentes pode ser alcançada por meio de um misturador dinâmico e é possível introduzir energia no material de construção curável durante a operação de mistura. Isso é particularmente vantajoso quando o material de construção curável compreende uma composição de aglutinante mineral.
[0027] No entanto, em princípio também é possível usar um misturador estático. Um misturador estático é um misturador no qual a mistura é efetuada apenas pelo movimento do fluxo dos fluidos que se movem através do misturador, sem a presença de elementos móveis. Um misturador estático normalmente tem elementos que influenciam o fluxo em uma câmara de mistura tubular. Os elementos que influenciam o fluxo podem desviar, dividir e/ou combinar o fluxo de material, como resultado do qual a mistura é alcançada.
[0028] A cabeça de impressão encontra-se vantajosamente separada espacialmente e/ou afastada do aparelho de mistura, particularmente de um misturador dinâmico. Esse é particularmente o caso de todos os misturadores dinâmicos do sistema.
[0029] O aparelho de mistura, particularmente um misturador dinâmico, é preferencialmente disposto de maneira que, durante o funcionamento, uma posição da cabeça de impressão em relação ao aparelho de mistura, particularmente um misturador dinâmico, seja alterada com o movimento da cabeça de impressão. Esse é o caso particular de todos os misturadores dinâmicos.
[0030] O aparelho de mistura, particularmente um misturador dinâmico do aparelho de mistura, é preferencialmente disposto de forma estacionária. Como resultado, não precisa ser movido junto com a cabeça de impressão móvel durante a operação. É dada preferência a todos os misturadores dinâmicos dispostos de maneira estacionária.
[0031] Em uma modalidade preferencial, o aparelho de mistura, particularmente um misturador dinâmico, não está disposto na cabeça de impressão móvel e/ou nenhum aparelho de mistura, particularmente, nenhum misturador dinâmico está disposto na cabeça de impressão móvel.
[0032] Como resultado, o aparelho de mistura, particularmente um misturador dinâmico, também não é movido durante o movimento da cabeça de impressão. Isso, por sua vez, tem a vantagem de que a mecânica de movimento da cabeça de impressão pode ser simplificada, o que reduz a complicação do aparelho e os custos.
[0033] No entanto, em princípio também é possível instalar o aparelho de mistura pelo menos parcialmente na região da cabeça de impressão móvel.
[0034] Em uma modalidade particular, o aparelho de mistura compreende um misturador dinâmico e um misturador estático, o misturador estático estando preferencialmente disposto no canal de transporte e/ou na cabeça de impressão. O misturador dinâmico está, preferencialmente, disposto a uma distância do misturador estático na direção do fluxo. Particularmente, o misturador dinâmico é disposto a montante do misturador estático.
[0035] Dessa forma, o material de construção curável pode ser misturado novamente no misturador estático após a mistura inicial no misturador dinâmico. Se o misturador estático estiver disposto diretamente antes da cabeça de mistura ou na própria cabeça de mistura, isso pode ser efetuado imediatamente antes da saída do material de construção em pega da cabeça de impressão, o que pode melhorar a homogeneidade do material de construção em pega que sai da cabeça de impressão.
[0036] Adicionalmente, um misturador estático na região da cabeça de impressão tem a vantagem de poder ser integrado no canal de transporte ou estar presente como constituinte deste, pelo que a região da cabeça de impressão pode ser mantida compacta. Adicionalmente, os misturadores estáticos são normalmente relativamente leves em comparação com os misturadores dinâmicos, de modo que a mecânica de movimentação da cabeça de impressão deve ser menos robusta, o que reduz a complicação do aparelho e os custos.
[0037] Particularmente, um dispositivo para influenciar as propriedades químicas e/ou físicas do material de construção em pega está adicionalmente presente. Particularmente, este é um dispositivo para influenciar as propriedades físicas do material de construção em pega. O dispositivo para influenciar as propriedades químicas e/ou físicas é preferencialmente disposto dentro ou sobre o canal de transporte e/ou a cabeça de impressão, especialmente dentro de ou sobre a cabeça de impressão.
[0038] As propriedades de fluxo e/ou o comportamento de pega, por exemplo, do material de construção em pega podem ser controlados e/ou adaptados desta forma.
[0039] Por exemplo, um bocal de entrada para introdução de uma mistura no material de construção em pega pode estar presente no canal de transporte e/ou na região da cabeça de impressão. A mistura serve aqui particularmente para influenciar as propriedades químicas e/ou físicas do material de construção em pega. A mistura é preferencialmente selecionada a partir de um grupo consistindo em um retardador, um auxiliar reológico e/ou um plastificante. É, preferencialmente, um retardador, um auxiliar reológico ou um plastificante para composições de aglutinantes minerais.
[0040] Os retardadores são, por exemplo, selecionados a partir da lista que consiste em ácidos hidroxicarboxílicos, sacarose e/ou fosfatos. Esse é particularmente o caso quando o material de construção curável é um aglutinante mineral ou uma composição de aglutinante mineral.
[0041] Plastificantes possíveis são, por exemplo, lignossulfonatos, condensados de naftaleno-formaldeído sulfonados, condensados de melamina- formaldeído sulfonados, copolímeros de vinil sulfonados, polialquilenoglicóis com grupos fosfonato, polialquilenoglicóis com grupos fosfato, policarboxilatos, éteres de policarboxilato, polímeros ramificados tendo cadeias laterais de óxido de polialquileno e grupos aniônicos no cerne do polímero, sendo os grupos aniônicos selecionados, particularmente, dentre grupos carboxilato, grupos sulfonato, grupos fosfonato ou grupos fosfato, ou misturas dos referidos plastificantes.
[0042] Para os fins do presente documento, um "auxiliar reológico" é uma substância que pode alterar as propriedades reológicas do material de construção em pega, particularmente de uma composição de aglutinante mineral contendo água; particularmente, aumenta a viscosidade, o ponto de estricção e/ou a tixotropia.
[0043] Por exemplo, o auxiliar reológico é selecionado a partir do grupo que consiste em amidos modificados, celuloses modificadas, polissacarídeos microbianos e/ou espessantes minerais. O amido modificado é, preferencialmente, um éter de amido, particularmente hidroxipropilamido, carboximetilamido ou carboximetil hidroxipropilamido. A celulose modificada é, preferencialmente, metilcelulose, etilcelulose, hidroximetilcelulose, hidroxietilcelulose ou metil hidroxietilcelulose.
[0044] O comportamento de escoamento, pega ou cura de materiais de construção curáveis na forma de composições de aglutinantes minerais pode passar pela pega de maneira particularmente fácil por meio dos representantes de misturas acima mencionados. O auxiliar reológico é particularmente adequado para garantir a estabilidade dimensional da composição de aglutinante contendo água e prover a uma camada aplicada resistência suficiente para suportar uma ou mais das outras camadas sem alterar significativamente o formato. A utilização de retardadores pode ser vantajosa, uma vez que o tempo de processamento da composição de aglutinante contendo água é assim aumentado.
[0045] Em uma modalidade vantajosa, o bocal de entrada está localizado a montante de qualquer misturador estático presente e/ou na região de uma abertura de saída da cabeça de impressão. Dessa forma, a mistura pode ser introduzida de forma eficaz no material de construção em pega e misturada com este, se requerido.
[0046] No entanto, uma mistura também pode estar presente como constituinte de um componente e/ou como componente separado durante a mistura dos pelo menos dois componentes.
[0047] Também pode ser vantajoso que um dispositivo para aeração e/ou desaeração do material de construção em pega esteja presente. Este é, particularmente, um sistema de introdução de ar, um dispositivo de tratamento por vácuo e/ou um dispositivo de vibração. O dispositivo para aeração e/ou desaeração está preferencialmente localizado sobre ou dentro do canal de transporte e/ou sobre a ou dentro da cabeça de impressão.
[0048] Um aparelho de aeração e/ou desaeração, particularmente, permite que as propriedades de fluxo do material de construção em pega sejam controladas e/ou alteradas durante a aplicação. Isso pode, por exemplo, ser útil para manter as propriedades do fluxo constantes sob mudanças nas condições ambientais e/ou adaptar as propriedades do fluxo para a respectiva seção do objeto a ser produzido.
[0049] Em uma modalidade adicional vantajosa, um aparelho para alterar a temperatura do material de construção em pega está presente. É, particularmente, um elemento de aquecimento e/ou um elemento de arrefecimento. O aparelho de mudança de temperatura está preferencialmente presente sobre ou dentro do canal de transporte e/ou sobre ou dentro da cabeça de impressão.
[0050] Um aparelho de mudança de temperatura permite que a temperatura do material de construção em pega seja controlada e/ou alterada durante a aplicação. Isso pode, por exemplo, ser útil para controlar e/ou modificar os processos de solidificação e/ou cura. Por exemplo, a temperatura do material de construção em pega pode ser adaptada no caso de mudanças nas condições ambientais. Da mesma forma, os processos de solidificação e/ou cura para várias seções do objeto a ser produzido podem ser alterados por meio de adaptação da temperatura.
[0051] O dispositivo de alimentação é vantajosamente configurado de modo que um componente sólido do material de construção pode ser introduzido no aparelho de mistura por uma primeira entrada e um componente líquido pode ser introduzido por uma segunda entrada. Por exemplo, um componente sólido de uma composição de aglutinante mineral, que compreende, por exemplo, um aglutinante mineral e agregados na forma sólida, pode ser introduzido pela primeira entrada no aparelho de mistura, enquanto um componente líquido, por exemplo, água, pode ser introduzido separadamente do primeiro componente pela segunda entrada. Dessa forma, a razão de mistura dos dois componentes pode ser adaptada a qualquer momento.
[0052] Em uma modalidade adicional vantajosa, o dispositivo de alimentação é configurado de modo que pelo menos três componentes separados do material de construção possam ser introduzidos no aparelho de mistura por pelo menos três entradas separadas no aparelho de mistura. Isso permite que a composição do material de construção curável seja ainda mais bem controlada. Por exemplo, um componente sólido de uma composição de aglutinante mineral compreendendo, por exemplo, um aglutinante mineral e agregados na forma sólida pode ser introduzido pela primeira entrada no aparelho de mistura. Um segundo componente que, por exemplo, compreende fibras, pode então ser introduzido separadamente através da segunda entrada no aparelho de mistura, enquanto o terceiro componente, por exemplo, água, pode ser introduzido separadamente dos outros dois componentes pela terceira entrada no aparelho de mistura. A razão de mistura de todos os três componentes pode, portanto, ser adaptada a qualquer momento.
[0053] Em princípio, quatro, cinco ou até mais entradas separadas também podem estar presentes. Dessa forma, o material de construção curável pode ser modificado de praticamente qualquer maneira no que diz respeito à sua composição.
[0054] Se o sistema compreender um bocal de entrada, o dispositivo de alimentação tem vantajosamente uma outra entrada que, por exemplo, corresponde a um reservatório de mistura e também tem uma outra saída que está conectada ao bocal de entrada.
[0055] Para os fins do presente documento, "fibras" são materiais cuja razão de comprimento para diâmetro ou comprimento para diâmetro equivalente é de pelo menos 10:1. Essa razão também é conhecida como fator de formato.
[0056] Para os fins do presente documento, o "diâmetro equivalente de uma fibra" é o diâmetro de um círculo que tem a mesma área que a área da seção transversal de uma fibra que não tem uma seção transversal redonda.
[0057] O dispositivo de alimentação possui, particularmente, pelo menos um ou mais dispositivos de medição. O pelo menos um dispositivo de dosagem é configurado de modo que um ou mais dos componentes do material de construção curável podem ser dosados de uma maneira controlada e/ou a uma taxa de adição definida no aparelho de mistura.
[0058] É particularmente vantajoso para cada entrada do aparelho de mistura ter um dispositivo de dosagem separado e controlável individualmente.
[0059] Se o sistema compreender um bocal de entrada, o dispositivo de alimentação tem vantajosamente um outro dispositivo de dosagem que é configurado de modo que uma mistura pode ser introduzida de uma maneira controlada e/ou a uma taxa de adição definida no bocal de entrada.
[0060] Por exemplo, o dispositivo de dosagem é um dispositivo de medição gravimétrico. No presente caso, verificou-se que tais dispositivos de dosagem são, apesar de facilmente manuseáveis, precisos.
[0061] A provisão de um dispositivo de dosagem gravimétrico oferece a vantagem de que um componente, particularmente um componente sólido, poder ser introduzido em quantidades precisas no sistema. Uma qualidade do material de construção pode ser mantida constante desta forma.
[0062] Em um desenvolvimento ilustrativo adicional, o dispositivo de dosagem compreende um funil e uma instalação de transporte. A instalação de transporte pode, particularmente, ser configurada como transportador helicoidal ou esteira transportadora.
[0063] A provisão de um funil e de uma instalação de transporte tem a vantagem de permitir a utilização de grandes unidades de um componente do material de construção, por exemplo grandes contentores ou sacos (conhecidos na linguagem técnica como "Big Bag"). Por exemplo, essas unidades grandes podem ser penduradas em um recipiente e o conteúdo pode ser fornecido por um funil a uma instalação de transporte. O funil tem a vantagem de poder ser utilizado como depósito e, assim, preencher um período de tempo durante o qual os contentores do primeiro constituinte do primeiro componente do material de construção são trocados. A facilidade de transporte permite, por exemplo, que um primeiro componente seja fornecido ao dispositivo de dosagem.
[0064] Em uma modalidade vantajosa, o dispositivo de transporte está presente no aparelho misturador, no canal de transporte e/ou na cabeça de impressão ou o dispositivo de transporte é um constituinte destes elementos. Isso permite uma construção compacta. No entanto, disposições do dispositivo de transporte também são possíveis.
[0065] Particularmente, um elemento de transporte está presente na região da cabeça de impressão e/ou está integrado nesta e é, particularmente, movido juntamente com o movimento da cabeça de impressão. A potência de transporte pode ser mantida constante de forma particularmente eficaz dessa forma.
[0066] É dada preferência muito particular a dois dispositivos de transporte separados estando presentes, com um primeiro dispositivo de transporte sendo preferencialmente integrado no aparelho de mistura enquanto o segundo dispositivo de transporte é integrado na cabeça de mistura. Isso resulta em transporte particularmente uniforme do material de construção em pega.
[0067] Como dispositivo de transporte, utiliza-se particularmente uma bomba, por exemplo um transportador helicoidal.
[0068] Em uma modalidade ilustrativa, o aparelho de mistura compreende uma haste agitadora que é equipada em uma primeira seção com elementos de agitação e no qual um elemento de transporte é disposto em uma segunda seção.
[0069] Verificou-se que, em primeiro lugar, os componentes do material de construção curável podem ser misturados dessa forma no aparelho de mistura e, ao mesmo tempo, podem ser transportados de forma mista para fora do aparelho de mistura.
[0070] Em um outro desenvolvimento vantajoso, os elementos de agitação são configurados como pinos. Em uma outra modalidade vantajosa, os elementos de agitação têm uma rosca externa de modo que os elementos de agitação podem ser aparafusados em depressões com roscas internas no eixo da haste agitadora.
[0071] Em um outro desenvolvimento ilustrativo, o elemento de transporte é configurado como transportador helicoidal.
[0072] Em um outro desenvolvimento ilustrativo, a primeira seção da haste agitadora é disposta em uma primeira região de um tambor do misturador no qual o tambor tem pelo menos duas entradas. Adicionalmente, a segunda seção da haste agitadora é disposta em uma segunda região do tambor na qual o tambor tem uma saída.
[0073] Em um outro desenvolvimento ilustrativo, o elemento de transporte pode ser puxado para fora da haste agitadora na direção de um eixo da haste agitadora.
[0074] Em um outro desenvolvimento ilustrativo, o elemento de transporte compreende um elemento de fixação para travar o elemento de transporte na haste agitadora.
[0075] Em um outro desenvolvimento ilustrativo, um tambor do misturador é feito em uma peça e/ou na forma de um tubo.
[0076] Particularmente, o sistema da invenção tem pelo menos um recipiente no qual pelo menos um dos dois componentes do material de construção pode ser armazenado. O sistema da invenção particularmente preferencialmente tem pelo menos dois recipientes nos quais os pelo menos dois componentes do material de construção podem ser armazenados espacialmente de modo separado.
[0077] Além disso, o sistema da invenção pode ter um reservatório para uma mistura. Uma mistura que é, por exemplo, adicionada pelo bocal de entrada pode ser armazenada em tal reservatório.
[0078] No entanto, também é possível fornecer um ou mais dos componentes e/ou uma mistura por um canal de transporte de uma fonte externa.
[0079] O um ou mais recipientes correspondem, preferencialmente, ao dispositivo de alimentação, de modo que um componente presente em um recipiente pode ser introduzido diretamente por uma entrada dedicada no aparelho de mistura.
[0080] Em tal disposição, o sistema da invenção pode, após o carregamento dos recipientes e/ou conexão a um canal de transporte, produzir uma parte definida ou a totalidade do objeto a ser produzido, essencialmente sem outra intervenção.
[0081] É ainda preferencial que uma unidade de medição esteja presente, por meio da qual uma propriedade química e/ou física do material de construção curável pode ser determinada no aparelho de mistura, no canal de transporte, na cabeça de impressão e/ou após a descarga da cabeça de impressão.
[0082] A determinação de uma propriedade química e/ou física do material de construção em pega permite que esta seja avaliada em relação ao seu estado específico. Isso torna possível, por exemplo, a razão dos componentes, a velocidade na qual o material de construção em pega é transportado e/ou a taxa de adição de uma mistura a ser adaptada em função da propriedade química e/ou física, se requerido. No geral, uma qualidade mais constante do material de construção curável pode ser alcançada desse modo e/ou o material de construção curável pode ser adaptado ou alterado de uma maneira direcionada para seções específicas do objeto a ser produzido.
[0083] A unidade de medição é, particularmente, configurada de modo que uma frequência de medição para determinar a propriedade química e/ou física seja > 0,01 Hz, preferencialmente, > 0,1 Hz, particularmente preferencialmente > 1 Hz, muito particularmente preferencialmente > 10 Hz. As propriedades químicas e/ou físicas do material de construção em pega podem ser determinadas em intervalos regulares ou continuamente desta forma.
[0084] A unidade de medição é particularmente preferencialmente concebida, de modo que a determinação da propriedade química e/ou física possa ser realizada durante a aplicação do material de construção, particularmente em tempo real.
[0085] A unidade de medição está preferencialmente disposta no aparelho de mistura, no canal de transporte e/ou na cabeça de impressão.
[0086] O aparelho de medição compreende particularmente preferencialmente um aparelho de medição de temperatura, um aparelho de medição de pressão, um aparelho de medição de umidade, um aparelho de medição para determinar a condutividade elétrica, um penetrômetro, um transdutor ultrassônico e/ou um reômetro. Aparelhos de medição apropriados são conhecidos em si por um versado na técnica.
[0087] Essencialmente, todas as propriedades relevantes do material de construção em pega podem ser determinadas.
[0088] Particularmente, uma saída que é controlável em relação ao tamanho do orifício passante está presente na cabeça de impressão, a saída preferencialmente podendo ser completamente fechada. Isso pode ocorrer, por exemplo, por meio de uma válvula que pode ser aberta e fechada, podendo a válvula, particularmente, ser aberta e fechada pneumaticamente e/ou eletromecanicamente. A taxa de transferência durante a aplicação do material de construção em pega pode ser adaptada de uma maneira direcionada dessa forma.
[0089] Particularmente, o sistema da invenção tem uma unidade de controle. A unidade de controle é, particularmente, concebida de modo que pelo menos parte dos aparelhos e unidades presentes no sistema possam ser controlados e/ou regulados de maneira controlada. O termo "regular" ou "regulado" refere-se, particularmente, ao estabelecimento de um valor pretendido predeterminado e a sua manutenção do mesmo por um período de tempo definido.
[0090] A unidade de controle tem, particularmente, um processador, um armazenamento de dados, uma interface para receber dados de quaisquer aparelhos de medição presentes e/ou uma interface para controlar os aparelhos do sistema da invenção.
[0091] Os aparelhos e unidades presentes no sistema são, preferencialmente, conectados por linhas de dados, linhas de controle e/ou sistemas de comunicação sem fio à unidade de controle.
[0092] Os dispositivos controláveis são, se presentes, a cabeça de impressão móvel, a abertura de saída controlável, o aparelho de mistura, o dispositivo de transporte, o bocal de entrada e/ou o dispositivo de alimentação, particularmente.
[0093] Um modelo de dados que representa pelo menos parte do objeto a ser produzido ou todo o objeto a ser produzido é preferencialmente armazenado na unidade de controle. Adicionalmente, a unidade de controle é vantajosamente configurada de modo que os parâmetros e/ou valores pretendidos a serem cumpridos durante a aplicação possam ser estabelecidos com referência ao modelo de dados.
[0094] Aqui, diferentes parâmetros e/ou valores pretendidos são preferencialmente estabelecidos para várias seções do objeto a ser produzido e/ou os referidos parâmetros e/ou valores pretendidos estão presentes na unidade de controle. Os parâmetros ou valores pretendidos são, por exemplo, a taxa na qual o dispositivo de transporte transporta, o tamanho da abertura do bocal de saída, a razão de mistura dos pelo menos dois componentes, a taxa de adição da mistura pelo bocal de entrada, a pressão do material de construção em pega, a viscosidade do material de construção em pega, a temperatura do material de construção em pega e/ou a temperatura ambiente da região em que o objeto a ser produzido é produzido.
[0095] Além disso, pode ser vantajoso que uma ou mais propriedades dos pelo menos dois componentes do material de construção curável, por exemplo, a composição química, um ponto de estricção previamente determinado e/ou uma viscosidade previamente determinada, sejam armazenados ou possam ser armazenados na unidade de controle.
[0096] A unidade de controle é preferencialmente configurada de modo que o tamanho da abertura de passagem da saída controlável seja controlado em função da estrutura do objeto a ser produzido. Dessa forma, a estrutura a ser produzida pode ser produzida de forma mais precisa e controlada.
[0097] Particularmente, a unidade de controle é configurada de modo que a potência de transporte do dispositivo de transporte seja controlada e/ou regulada, em relação a uma propriedade química e/ou física do material de construção curável que é determinada com a unidade de medição, particularmente em relação a uma pressão do material de construção curável no canal de transporte e/ou na cabeça de impressão.
[0098] Isto permite que uma pressão essencialmente constante seja mantida no canal de transporte e/ou na cabeça de impressão. Consequentemente, consegue-se assim que um fluxo definido de material curável saia da cabeça de impressão no caso de uma dada abertura de saída de modo que a precisão na produção do objeto a ser produzido seja melhorada.
[0099] Também pode ser vantajoso que a unidade de controle seja configurada de modo que a potência de transporte do dispositivo de transporte seja regulada em relação a um nível de preenchimento dos componentes em um ou mais recipientes. Isso torna possível evitar que o sistema funcione vazio e que ar seja introduzido.
[00100] Pode ser ainda mais vantajoso que o controle seja configurado de modo que, usando o dispositivo de alimentação, uma taxa de adição de pelo menos um componente do material de construção possa ser regulado ou realizado em função da propriedade química e/ou física do material de construção curável e/ou em função do tamanho e/ou estrutura do objeto a ser produzido. A composição e a natureza do material de construção em pega podem ser mantidas constantes e/ou adaptadas de uma maneira direcionada desta forma. O controle é vantajosamente configurado de modo que a taxa de adição pode ser ou é realizada durante a aplicação do material de construção curável, particularmente em tempo real.
[00101] Particularmente, uma unidade de controle está presente, a qual é configurada de modo que um fluxo de volume do material de construção curável que sai da cabeça de impressão seja realizado em função do tamanho e/ou estrutura de um objeto a ser produzido usando o material de construção curável.
[00102] A unidade de controle é preferencialmente configurada de modo que o dispositivo de transporte seja realizado em função de uma propriedade química e/ou física do material de construção curável e/ou em função do tamanho e/ou estrutura de um objeto a ser produzido usando o material de construção curável.
[00103] Além disso, a unidade de controle é, particularmente, configurada de modo que uma taxa de adição de uma mistura, particularmente um auxiliar reológico e/ou um retardador, através do bocal de entrada seja controlada em função de uma propriedade química e/ou física do material de construção curável e/ou em função do tamanho e/ou estrutura de um objeto a ser produzido usando o material de construção curável.
[00104] É igualmente vantajoso que a unidade de controle seja configurada de modo que a aplicação do material de construção em pega seja controlada e/ou regulada em relação à temperatura ambiente de uma região na qual o objeto a ser feito é produzido. Por exemplo, a taxa de adição de uma mistura pode ser controlada e/ou regulada por meio do bocal de entrada, ad potência de transporte do dispositivo de transporte e/ou da taxa de adição de pelo menos um componente do material de construção em função da temperatura ambiente de uma região em que o objeto a ser feito é produzido.
[00105] Além disso, é dada preferência à unidade de controle sendo configurada de modo que a taxa de transporte e o movimento da cabeça de impressão sejam combinados um com o outro.
[00106] Em uma modalidade particularmente vantajosa: - um primeiro componente do material de construção está presente na forma sólida e compreende um aglutinante mineral e, opcionalmente, agregados, particularmente cascalho, areia, frações de partículas de rocha e/ou preenchimentos e, opcionalmente, uma mistura de concreto e/ou argamassa; - um segundo componente do material de construção está presente na forma líquida e compreende água; - um terceiro componente opcional compreendendo um plastificante; - uma mistura que pode ser adicionada pelo bocal de entrada e preferencialmente compreende um plastificante, um auxiliar reológico e/ou um retardador está opcionalmente presente; em que os componentes e, opcionalmente, a mistura estão presentes em recipientes que são espacialmente separados uns dos outros e são constituintes do dispositivo de alimentação e/ou se comunicam com este.
[00107] O primeiro componente é particularmente preferencialmente uma composição seca de aglutinante mineral compreendendo cimento e preenchimentos minerais, em que a composição de aglutinante compreende pelo menos um acelerador de pega à base de sulfato de alumínio, pelo menos um superplastificante à base de um éter policarboxilato e pelo menos um auxiliar reológico, onde o éter policarboxilato tem, presumindo-se que todos os grupos de ácido carboxílico estejam presentes como ácido livre, pelo menos 1 mmol, particularmente pelo menos 1,2 mmol, especialmente pelo menos 1,8 mmol, de grupos de ácido carboxílico por grama de éter policarboxilato seco.
[00108] No presente documento, uma "composição seca de aglutinante mineral" é uma composição de aglutinante mineral de fluxo livre com um teor de umidade inferior a 0,5% em peso.
[00109] No presente documento, uma "composição de aglutinante mineral contendo água" é uma composição de aglutinante mineral que foi misturada com água, particularmente na forma fluida. Consequentemente, uma "composição de aglutinante mineral contendo água" é um material de construção curável no estado de pega.
[00110] No presente documento, um "éter de policarboxilato" é um polímero ramificado compreendendo um cerne de hidrocarbonetos com grupos de ácido carboxílico ou sais destes ligados ao mesmo e da mesma forma cadeias laterais de polialquilenoglicol covalentemente ligadas ao cerne. As cadeias laterais estão vinculadas particularmente por grupos éster, éter e/ou amida ao cerne de policarboxilato.
[00111] A quantidade de grupos de ácido carboxílico no éter policarboxilato é relatada como milimol de grupos de ácido carboxílico em um grama do éter policarboxilato (mmol/g). Para esse propósito, quaisquer sais dos ácidos carboxílicos presentes são contados como grupos de ácido carboxílico e o peso do éter policarboxilato na forma não neutralizada é usado. Os ésteres carboxílicos não são contados como grupos de ácido carboxílico neste caso, mesmo quando estão presentes na forma latente, isto é, quando podem ser hidrolisados em meio alcalino a pH 12.
[00112] No presente documento, "estabilidade dimensional" é uma propriedade dos materiais tal que o material após a moldagem tem dimensões individuais que são alteradas em não mais de 10%, desde que nenhuma resistência externa além da gravidade atue no material moldado.
[00113] No presente documento, "resistência à flexão" refere-se a qualquer resistência que o material curável tem após a aplicação, mas antes da cura.
[00114] Como cimento, é possível usar qualquer tipo de cimento disponível ou uma mistura de dois ou mais tipos de cimento, por exemplo, os cimentos classificados na DIN EN 197-1: cimento Portland (CEM I), cimento Portland compósito (CEM II), cimento de escória de alto forno (CEM III), cimento pozolânico (CEM IV) e cimento composto (CEM V). Obviamente, cimentos que são produzidos de acordo com um padrão alternativo, por exemplo, o padrão ASTM ou o padrão indiano, são igualmente adequados. Dá-se preferência ao cimento Portland CEM I ou CEM II de acordo com DIN EN 197-1. É dada preferência particular ao cimento Portland CEM I 42.5 ou CEM I 52.5. Esses cimentos proporcionam boas resistências e boa processabilidade.
[00115] Para a produção de corpos moldados brancos ou coloridos, é vantajoso utilizar um cimento branco CEM I ou CEM II.
[00116] A composição seca de aglutinante mineral vantajosamente também contém pelo menos um aglutinante hidráulico ou pozolânico latente, particularmente, metacaulim e/ou pó de sílica (SiO amorfo2). O aglutinante hidráulico ou pozolânico latente está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,1 a 10% em peso, particularmente, de 0,5 a 5% em peso, na composição de aglutinante. Esses aditivos podem melhorar a processabilidade da composição aquosa de aglutinante e a resistência da composição de aglutinante curada.
[00117] A composição seca de aglutinante mineral contém preenchimentos minerais. Os preenchimentos são materiais particulados sólidos quimicamente inertes e estão disponíveis em várias formas, tamanhos e como materiais diferentes que variam de partículas de areia muito finas a grandes pedras brutas. Todos os preenchimentos normalmente usados para concreto e argamassa são, em princípio, adequados. Exemplos de preenchimentos particularmente adequados são frações de partículas de rocha, cascalho, areia, particularmente, areia de sílica, areia de calcário e areia de escória, pedras trituradas, seixos calcinados ou preenchimentos leves, como argila expandida, vidro expandido, vidro de espuma, pedra-pomes, perlita e vermiculita. Outros preenchimentos vantajosos são preenchimentos finos ou muito finos, como calcário ou dolomita moídos, óxido de alumínio, pó de sílica, farinha de quartzo ou escória de aço moída sem ou com reatividade hidráulica apenas fracamente latente.
[00118] Os preenchimentos preferenciais são selecionados a partir do grupo que consiste em areia de sílica, farinha de quartzo, areia de calcário, calcário moído e escória de aço moída. O preenchimento compreende, preferencialmente, pelo menos um preenchimento cristalino finamente moído, particularmente calcário. Isso pode promover o desenvolvimento inicial de resistência da composição de aglutinante misturada com água.
[00119] O tamanho da partícula dos preenchimentos depende do uso e está na faixa de 0,1 µm a 32 mm e mais. É dada preferência à mistura de diferentes tamanhos de partícula, a fim de estabelecer as propriedades da composição de aglutinante, é um modo ideal. Também é possível misturar preenchimentos compostos de diferentes materiais. O tamanho das partículas pode ser determinado por meio de análise por peneira.
[00120] É dada preferência a preenchimentos com tamanhos de partícula de não mais do que 8 mm, preferencialmente, não mais do que 5 mm, ainda mais preferencialmente, não mais do que 3,5 mm, mais preferencialmente, não mais do que 2,2 mm, particularmente não mais do que 1,2 mm ou não mais do que 1,0 mm.
[00121] O tamanho da partícula é determinado particularmente pela espessura da camada planejada das camadas aplicadas na impressão 3D ou no processo de manufatura generativa. Assim, um tamanho máximo de partícula dos preenchimentos apropriadamente não é maior do que a espessura da camada quando aplicada.
[00122] A composição seca de aglutinante mineral contém preferencialmente de 20 a 40% em peso, particularmente de 22 a 36% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante mineral, de preenchimentos finos com um tamanho de partícula inferior a 0,125 mm.
[00123] Preenchimentos adequados com um tamanho de partícula pequeno são, particularmente, areias finas de sílica, quartzo em pó, carbonato de cálcio moído ou escória de aço moída.
[00124] A composição de aglutinante mineral contém preferencialmente de 1 a 10% em peso, mais preferencialmente, de 2 a 5% em peso, de carbonato de cálcio moído com um tamanho de partícula inferior a 0,01 mm. O carbonato de cálcio fino melhora a processabilidade da composição de aglutinante que foi misturada com água e pode aumentar o desenvolvimento da resistência da composição de aglutinante.
[00125] As composições aquosas de aglutinante com tais tamanhos de partícula são facilmente transportáveis, podem ser prontamente misturadas com o acelerador aquoso no misturador contínuo e após a aplicação proveem uma superfície muito homogênea.
[00126] Em utilizações específicas, também é possível usar preenchimentos com tamanhos de partícula de até 32 mm, mais preferencialmente, até 20 mm, mais preferencialmente até 16 mm.
[00127] Preenchimentos minerais estão preferencialmente presentes em uma quantidade de 45 a 85% em peso, particularmente de 50 a 80% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante mineral.
[00128] A composição seca de aglutinante mineral contém preferencialmente um acelerador à base de sulfato de alumínio. O acelerador é um pó de fluxo livre e vantajosamente contém pelo menos 30% em peso, preferencialmente, pelo menos 35% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 40% em peso de sulfato de alumínio, calculado como sulfato de alumínio hidratado Al2(SO4)316 H2O.
[00129] O acelerador pode conter vantajosamente outros constituintes, tais como aminoálcoois, nitratos de metais alcalinos e nitratos de metais alcalino- terrosos, nitritos de metais alcalinos e nitritos de metais alcalino-terrosos, tiocianatos de metais alcalinos e tiocianatos de metais alcalino-terrosos, haletos de metais alcalinos e haletos de metais alcalino-terrosos, carbonatos de metais alcalinos, glicerol, derivados de glicerol, outros sais de alumínio, hidróxidos de alumínio, hidróxidos de metais alcalinos e hidróxidos de metais alcalino-terrosos, silicatos de metais alcalinos e silicatos de metais alcalino-terrosos, óxidos de metais alcalinos e óxidos de metais alcalino-terrosos ou sais de metais alcalinos e metais alcalino-terrosos de ácido fórmico ou misturas destes, adicionalmente ao sulfato de alumínio.
[00130] Em uma composição de aglutinante especialmente preferencial, o acelerador compreende pelo menos 90% em peso, particularmente pelo menos 95% em peso, de sulfato de alumínio hidratado ou é sulfato de alumínio hidratado.
[00131] A composição de aglutinante é preferencialmente isenta de aminoálcoois. Os aminoálcoois têm um odor intenso e desagradável, podem ser prejudiciais à saúde e podem levar ao enrijecimento descontrolado da composição de aglutinante após a mistura com água.
[00132] O acelerador à base de sulfato de alumínio está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,1 a 2% em peso, mais preferencialmente de 0,3 a 1,5% em peso, particularmente de 0,4 a 1,0% em peso, com base no peso total da mistura de argamassa seca.
[00133] Tal adição dosada do acelerador conduz ao rápido desenvolvimento de resistência da composição de aglutinante que foi misturada com água, sem limitar a processabilidade para a operação de pressão, particularmente em combinação com éteres de policarboxilato.
[00134] A composição de aglutinante compreende pelo menos um superplastificante à base de éter policarboxilato. O pelo menos um éter policarboxilato contém grupos de ácido carboxílico na forma de grupos de ácido carboxílico livres, isto é, grupos de ácido carboxílico não neutralizados, e/ou na forma de seus sais de metais alcalinos e/ou alcalino-terrosos. É dada preferência a éteres de policarboxilato que não possuem nenhum outro grupo aniônico adicionalmente aos grupos de ácido carboxílico.
[00135] Mais preferencialmente éteres de policarboxilato cujas cadeias laterais compreendem pelo menos 80% de mol, preferencialmente pelo menos 90% de mol e especialmente preferencialmente consistem em 100% de mol de unidades de etilenoglicol.
[00136] As cadeias laterais têm preferencialmente um peso molecular médio Mw na gama de 500 a 10.000 g/mol, preferencialmente de 800 a 8.000 g/mol, especialmente preferencialmente de 1.000 a 5.000 g/mol. Também é possível que cadeias laterais com pesos moleculares diferentes estejam presentes no éter policarboxilato.
[00137] É dada preferência especial a éteres de policarboxilato que é constituído por ácido metacrílico e/ou unidades de ácido acrílico e metacrilatos ou acrilatos de metilpolialquilenoglicol. O pelo menos um éter policarboxilato tem preferencialmente um peso molecular médio Mw de 8.000 a 200.000 g/mol, particularmente de 10.000 a 100.000 g/mol, medido em relação a um padrão de polietilenoglicol.
[00138] Esses éteres policarboxilatos são particularmente adequados para tornar possível uma boa processabilidade da composição de aglutinante, mesmo com um baixo teor de água. Um baixo teor de água resulta em alta resistência de um corpo moldado curado.
[00139] Em combinação com o acelerador à base de sulfato de alumínio, tais éteres de policarboxilato têm um efeito particularmente bom como agentes para controlar o enrijecimento da composição aquosa de aglutinante.
[00140] O pelo menos um éter policarboxilato pode ser introduzido como solução aquosa na composição de aglutinante, por exemplo, por pulverização sobre os preenchimentos antes de misturar com o aglutinante mineral.
[00141] O pelo menos um éter policarboxilato está preferencialmente presente como pó de polímero na composição seca de aglutinante.
[00142] Em uma modalidade preferencial da invenção, o pelo menos um éter policarboxilato tem uma estrutura de bloco ou gradiente. No presente documento, um "éter policarboxilato com uma estrutura de bloco ou gradiente" é um polímero no qual as unidades monoméricas estão presentes em uma sequência não aleatória, isto é, a sequência não é obtida coincidentemente. No éter policarboxilato com uma estrutura de bloco ou gradiente, pelo menos uma seção compreende unidades monoméricas compreendendo cadeias laterais de polialquilenoglicol e nenhuma ou quase nenhuma unidade monomérica tendo grupos carboxilato e pelo menos uma seção compreende unidades monoméricas tendo grupos carboxilato e nenhuma ou quase nenhuma unidade monomérica com cadeias laterais de polialquilenoglicol. Tais polímeros em bloco ou gradiente têm, portanto, seções tendo uma alta densidade de grupos aniônicos e seções que não contêm nenhum ou apenas alguns grupos aniônicos.
[00143] Os éteres policarboxilatos com uma estrutura em bloco ou gradiente desenvolvem a sua ação como plastificante muito rapidamente. Eles são, portanto, particularmente bem adequados para usos em que o tempo de mistura da composição de aglutinante e da água é muito curto, particularmente para mistura contínua.
[00144] Adicionalmente, os éteres de policarboxilato com uma estrutura de bloco ou gradiente resultam em uma baixa viscosidade da composição de aglutinante; o que melhora a capacidade de bombear.
[00145] Da mesma forma, o efeito plastificante dos éteres de policarboxilato com uma estrutura de bloco ou gradiente persiste por apenas alguns minutos nas composições de aglutinantes da invenção, o que é vantajoso para impressão 3D porque permite boa processabilidade da composição aquosa de aglutinante imediatamente após a mistura e boa resistência à flexão após a aplicação ser alcançada.
[00146] O pelo menos um éter policarboxilato está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,02 a 5% em peso, preferencialmente de 0,05 a 4% em peso, particularmente de 0,1 a 3% em peso, calculado como polímero seco e com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00147] A adição dosada de pelo menos um éter policarboxilato na composição de aglutinante é vantajosamente correspondida com a respectiva tarefa de impressão. Assim, os parâmetros de impressão, tais como, normalmente, a altura desejada do corpo moldado, a espessura das camadas aplicadas, a velocidade de impressão e a temperatura ambiente esperada são vantajosamente medidos antes da impressão e a quantidade ideal de éter policarboxilato na composição de aglutinante é subsequentemente determinada por meio de valores baseados na experiência, tabelas e/ou um programa de computador.
[00148] A quantidade total de éter policarboxilato é vantajosamente provida na composição seca de aglutinante.
[00149] No entanto, também pode ser vantajoso, particularmente no caso de pequenas quantidades sendo usadas e/ou quando os parâmetros de impressão são variáveis, especialmente devido a flutuações de temperatura, tempos de retardo ou etapas adicionais de manufatura durante a moldagem, para que apenas parte do éter de policarboxilato esteja presente na composição seca de aglutinante e uma outra parte, em cada caso correspondida às condições de impressão prevalecentes, seja adicionada durante ou após a mistura com água.
[00150] A outra parte do éter policarboxilato é vantajosamente adicionada juntamente com a água de mistura em um processo de mistura contínuo.
[00151] A composição de aglutinante pode assim ser produzida em grande quantidade, o que é vantajoso, e a correspondência às respectivas condições de impressão é efetuada de forma simples e econômica no local de construção.
[00152] A composição de aglutinante contém preferencialmente pelo menos um auxiliar reológico orgânico e/ou inorgânico.
[00153] Auxiliares reológicos adequados são, particularmente, amidos modificados, amilopectina, celulose modificada, polissacarídeos microbianos, galactomananos, alginatos, tragacanto, polidextrose, superabsorventes ou espessantes minerais.
[00154] O auxiliar reológico é selecionado preferencialmente a partir do grupo que consiste em amidos modificados, celuloses modificadas, polissacarídeos microbianos, superabsorventes e espessantes minerais.
[00155] A quantidade total de auxiliares reológicos é preferencialmente de 0,01 a 5% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00156] O amido modificado é, preferencialmente, um éter de amido, particularmente hidroxipropilamido, carboximetilamido ou carboximetil hidroxipropilamido. O amido modificado está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,01 a 2% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00157] A celulose modificada é preferencialmente metilcelulose, etilcelulose, hidroximetilcelulose, hidroxietilcelulose ou metil hidroxietilcelulose e está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,01 a 2% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00158] O polissacarídeo microbiano é, preferencialmente, goma welana, goma xantana ou goma diutana e está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,01 a 0,1% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00159] O superabsorvente é preferencialmente selecionado a partir do grupo que consiste em poliacrilamida, poliacrilonitrila, álcool polivinílico, copolímeros de isobutileno anidrido maleico, polivinilpirrolidona, homopolímeros e copolímeros de ácidos carboxílicos monoetilenicamente insaturados, tais como ácido (met)acrílico, ácido crotônico, ácido sórbico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacônico, preferencialmente ácido poliacrílico, que pode ser parcialmente ou completamente neutralizado, e copolímeros e terpolímeros dos acima mencionados ácidos carboxílicos monoetilenicamente insaturados com ácido vinilsulfônico, ácidos (met)acrilamidoalquilsulfônicos, ácido alilsulfônico, ácido viniltoluenossulfônico, ácido vinilfosfônico, (met)acrilamida, (met)acrilamida N- alquilada, N-metilol(met)acrilamida, N-vinilformamida, N-vinilacetamida, vinilpirrolidona, hidroxialquil(met)acrilato, etil acrilato, metil acrilato, ésteres (met)acrílicos de polietilenoglicol monoalil éteres, acetato de vinil e/ou estireno.
[00160] Os homopolímeros e copolímeros superabsorventes podem ser lineares ou ramificados, e os copolímeros podem estar presentes como copolímeros aleatórios ou como polímeros em bloco ou gradientes. Os homopolímeros e copolímeros são, preferencialmente, adicionalmente reticulados.
[00161] O superabsorvente é preferencialmente ácido poliacrílico que pode ser parcial ou completamente neutralizado e é reticulado.
[00162] Se presente, o superabsorvente está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,01 a 0,5% em peso, particularmente de 0,05 a 0,3% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00163] Como espessantes minerais, podem ser utilizados, por exemplo, silicatos específicos ou argilominerais. É dada preferência a bentonitas e sepiolita. O espessante mineral está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,1 a 1% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00164] A composição de aglutinante contém preferencialmente pelo menos dois, mais preferencialmente, pelo menos três auxiliares reológicos diferentes.
[00165] O auxiliar reológico é particularmente adequado para garantir a estabilidade dimensional da composição de aglutinante contendo água e prover a uma camada aplicada resistência à flexão suficiente para suportar uma ou mais camadas adicionais, sem alterar sua forma significativamente, antes que a hidratação do cimento comece.
[00166] As combinações preferenciais de dois ou mais auxiliares reológicos são: - celulose modificada e polissacarídeo microbiano; - celulose modificada e superabsorvente; - polissacarídeo microbiano e superabsorvente; - polissacarídeo microbiano, superabsorvente e espessante mineral; - celulose modificada, polissacarídeo microbiano e superabsorvente; - celulose modificada, polissacarídeo microbiano, superabsorvente e espessante mineral.
[00167] A combinação de dois ou mais auxiliares reológicos permite que diferentes propriedades de espessamento dos auxiliares reológicos sejam perfeitamente correspondidas entre si. Isso traz boa processabilidade com boa resistência à flexão da composição de aglutinante contendo água.
[00168] É dada preferência especial a uma combinação de auxiliares reológicos que compreende pelo menos um superabsorvente.
[00169] O superabsorvente atua adicionalmente como agente para reduzir a retração, o que é particularmente vantajoso.
[00170] É dada preferência à composição de aglutinante contendo adicionalmente de 0,1 a 5% em peso, preferencialmente de 0,5 a 3% em peso, de sulfoaluminato de cálcio, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00171] O sulfoaluminato de cálcio pode, especialmente na quantidade preferencial, em primeiro lugar aumentar o desenvolvimento inicial de resistência da composição aquosa de aglutinante e ao mesmo tempo reduzir a retração.
[00172] Um maior teor de sulfoaluminato de cálcio na composição de aglutinante pode reduzir a resistência final de um corpo moldado impresso e aumenta os custos para a composição.
[00173] A retração da composição de aglutinante após aplicação pode ser reduzida em grande parte pela combinação específica de sulfoaluminato de cálcio e auxiliar reológico. A retração pode levar à formação de rachaduras no corpo moldado produzido. Rachaduras podem reduzir a durabilidade das estruturas impressas e afetar adversamente a aparência visual.
[00174] O sulfoaluminato de cálcio é particularmente vantajosamente um cimento de sulfoaluminato de cálcio.
[00175] A composição de aglutinante também contém vantajosamente pelo menos um aditivo adicional para reduzir a retração selecionado a partir do grupo que consiste em glicóis, poliglicóis e materiais de armazenamento de água, particularmente, pedras porosas, tijolos moídos e/ou corpos de cimento que passaram por pega em grupo.
[00176] A composição de aglutinante preferencialmente também contém pelo menos um antiespumante, particularmente selecionado a partir do grupo que consiste em antiespumantes à base de óleo, particularmente antiespumantes à base de óleo mineral, óleo vegetal ou óleo branco, que pode conter uma cera e/ou sílica hidrofóbica, antiespumantes à base de silicone que podem, por exemplo, ser modificados por alcoxilação ou fluoração, ésteres alquílicos de ácido fosfórico ou fosfônico, polióis alcoxilados, particularmente, dióis etoxilados, antiespumantes à base de ácidos graxos, particularmente monoglicerídeos e diglicerídeos de ácidos graxos e álcoois graxos alcoxilados e misturas destes.
[00177] O antiespumante é preferencialmente selecionado a partir do grupo que compreende 2,4,7,9-tetrametil-5-decino-4,7-diol etoxilado, uma combinação de alcoxilatos de álcool graxo e polissiloxano e uma combinação de óleo mineral e uma sílica hidrofóbica contendo óleo de silicone.
[00178] O antiespumante está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,01 a 1% em peso, particularmente de 0,1 a 0,8% em peso, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00179] O uso de um antiespumante é vantajoso porque a formação de poros de ar durante a mistura da composição seca de aglutinante com água é desse modo evitada ou reduzida. Os poros de ar podem interferir no transporte da composição de aglutinante contendo água para a cabeça de impressão e reduzir a resistência no corpo moldado curado, e os poros também afetam adversamente a aparência visual dos corpos moldados.
[00180] O antiespumante adicionalmente provoca uma redução na retração e, portanto, a formação de rachaduras no corpo moldado curado.
[00181] A composição de aglutinante mineral pode opcionalmente conter pelo menos um outro aditivo, por exemplo, uma mistura de concreto e/ou uma mistura de argamassa. O pelo menos um aditivo adicional compreende, particularmente, um plastificante, um retardador, um antiespumante, um agente umectante, fibras, uma tintura, um conservante, um outro acelerador, um polímero de dispersão, um polímero catiônico, um policondensado catiônico, um polímero ramificado catiônico, um formador de poro de ar, um outro redutor de retração ou um inibidor de corrosão ou combinações destes.
[00182] O plastificante é particularmente gluconato de sódio, um lignossulfonato, um condensado de naftaleno-formaldeído sulfonado, um condensado de melamina-formaldeído sulfonado, um copolímero de vinil sulfonado, um polialquilenoglicol com grupos fosfonato, um polialquilenoglicol com grupos fosfonato ou um condensado aromático com grupos fosfonato e cadeias de polialquilenoglicol.
[00183] O uso de retardadores de cura pode ser vantajoso, uma vez que o tempo de processamento da composição de aglutinante contendo água é desse modo aumentado. O retardador de cura é preferencialmente um ácido hidroxicarbônico, particularmente ácido tartárico, ácido cítrico ou ácido glucônico,
um açúcar, particularmente sacarose, um fosfato ou um fosfonato, ou seus sais ou misturas destes.
[00184] Uma composição de aglutinante preferencial compreende ou consiste em: de 10 a 50% em peso, preferencialmente, de 12 a 40% em peso, particularmente de 15 a 35% em peso, de cimento, particularmente de cimento Portland, de 0,1 a 5% em peso, preferencialmente, de 0,5 a 3% em peso, de sulfoaluminato de cálcio, de 0 a 10% em peso, preferencialmente, de 0,1 a 5% em peso, de aglutinantes hidráulicos latentes, particularmente metacaulim e/ou pó de sílica, de 45 a 85% em peso, preferencialmente, de 50 a 80% em peso, de preenchimentos minerais, de 0,1 a 2% em peso de pelo menos um acelerador com base em sulfato de alumínio, de 0,02 a 5% em peso de pelo menos um éter policarboxilato, de 0,01 a 2% em peso de pelo menos um auxiliar reológico, de 0,01 a 1% em peso de pelo menos um antiespumante e de 0 a 10% em peso de outros aditivos, com base no peso total da composição seca de aglutinante.
[00185] A adição dosada do acelerador e do éter policarboxilato é efetuada preferencialmente em uma quantidade tal que uma composição de aglutinante que foi misturada com água permanece facilmente moldável durante um número de segundos a alguns minutos. Como resultado, as camadas podem ser aplicadas de forma homogênea, tendo boa coesão e a superfície do corpo moldado produzido pode, se desejado, ser pós-tratada, por exemplo, alisada.
[00186] A mistura da composição seca de aglutinante mineral com de 10 a 25% em peso, preferencialmente de 12 a 22% em peso, mais preferencialmente de 14 a 20% em peso, de água e, opcionalmente, de 0,01 a 2% em peso de éter policarboxilato, com base no peso total da composição seca de aglutinante, provê uma composição de aglutinante mineral contendo água no estado de pega que é ideal para o processo.
[00187] A mistura com água é efetuada, preferencialmente, em um misturador contínuo.
[00188] Isso garante uma alta velocidade de manufatura. Adicionalmente, nenhum material que já tenha sido misturado em um aparelho de mistura descontínuo deve ser eliminado no caso de uma possível interrupção.
[00189] O desenvolvimento da resistência da composição de aglutinante contendo água é vantajosamente determinado antes da aplicação. Isso ajuda a ser capaz de definir os parâmetros de impressão e/ou adaptar a composição de aglutinante, particularmente, o teor de éter policarboxilato na composição seca de aglutinante e/ou contendo água.
[00190] A pega da composição de aglutinante contendo água começa vantajosamente após cerca de 10 minutos a 1 hora, e a pega termina após um tempo de cerca de 30 minutos a 3 horas, medido de acordo com DIN EN 196-3 a 20 °C usando um aparelho Vicat automático.
[00191] A composição de aglutinante vantajosamente atinge uma resistência de pelo menos 0,05 MPa, preferencialmente, pelo menos 0,08 MPa, particularmente pelo menos 0,1 MPa, após 1 hora após a aplicação, e pelo menos 0,5 MPa, particularmente 1 MPa, após 3 horas, preferencialmente, 2 horas. A resistência pode ser determinada por um método de penetração, por exemplo, conforme descrito em ASTM C 403.
[00192] Tal desenvolvimento de resistência da composição de aglutinante contendo água é particularmente vantajoso para a produção eficiente e homogênea de corpos moldados.
[00193] Um outro aspecto da presente invenção refere-se ao uso de um sistema como descrito acima para a produção de objetos tridimensionais a partir de materiais de construção curáveis.
[00194] Os materiais de construção curáveis são preferencialmente aglutinantes minerais ou composições de aglutinantes minerais, particularmente composições de concreto e/ou argamassa.
[00195] Os objetos produzidos podem ter praticamente qualquer forma desejada. Um objeto pode, por exemplo, ser uma construção de edifício, uma parte terminada de uma construção de edifício, um componente, uma estrutura de alvenaria, uma ponte, uma coluna, um elemento decorativo, por exemplo, colinas,
recifes ou esculturas artificiais, uma bacia, um poço ou uma banheira. Neste documento, o corpo moldado pode ser um corpo sólido ou uma forma oca, com ou sem fundo.
[00196] Detalhes e vantagens da invenção serão descritos abaixo com a ajuda de exemplos funcionais e com referência a desenhos esquemáticos.
[00197] As figuras mostram:
[00198] A Fig. 1 é uma representação esquemática de um sistema ilustrativo para aplicação de um material de construção;
[00199] A Fig. 2 é uma representação esquemática de um misturador ilustrativo;
[00200] A Fig. 3 é uma representação esquemática de um módulo de haste ilustrativo e módulo de tambor de um módulo de câmara de mistura;
[00201] A Fig. 4 é uma representação de um processo usando um sistema da invenção. Exemplos Funcionais
[00202] A Fig. 1 representa esquematicamente um sistema ilustrativo 1 para a aplicação de um material de construção curável. O sistema 1 compreende um dispositivo de movimento 2 com um braço móvel 2.1. Na extremidade livre do braço
2.1, existe uma cabeça de impressão 3 que pode ser movida em todas as três direções no espaço por meio do braço 2.1. Dessa forma, a cabeça de impressão 3 pode ser movida para qualquer posição no alcance funcional do dispositivo de movimento 2.
[00203] A cabeça de impressão 3 tem, no seu interior, uma passagem tubular 3.1 para transportar material de construção curável que percorre desde a face frontal voltada para o braço 2.1 (no topo da Fig. 1) até a face frontal oposta e livre. Na extremidade livre, a passagem 3.1 abre para uma saída controlável 4 na forma de um bocal que pode ser aberto e fechado continuamente.
[00204] Um bocal de entrada 5 para adição de um aditivo abre lateralmente na passagem 3.1 em uma região voltada para o braço 2.1. Uma mistura, por exemplo um auxiliar reológico, pode, se requerido, ser adicionada por meio do bocal de entrada 5 ao material de construção curável que se move através da passagem
3.1.
[00205] Além disso, um misturador estático 6 que mistura adicionalmente o material de construção curável e o aditivo enquanto passa pela passagem 3.1 está disposto na passagem 3.1 no interior da cabeça de impressão 3 a jusante do bocal de entrada.
[00206] Adicionalmente, uma unidade de medição 8 para determinar a pressão na passagem tubular 3.1 é disposta na região da saída controlável 4. Uma taxa de varredura da unidade de medição 8 é, por exemplo, 10 Hz.
[00207] Adicionalmente, um dispositivo 7 para desaerar o material de construção curável é instalado na cabeça de impressão 3. O dispositivo é configurado como dispositivo de tratamento a vácuo e torna possível reduzir a proporção de ar no material de construção curável. Para esse propósito, uma seção da parede da passagem 3.1 pode, por exemplo, ser configurada como membrana permeável a gases, de modo que o ar seja retirado do material de construção curável quando uma pressão subatmosférica for aplicada fora da passagem 3.1.
[00208] Este sistema 1 para aplicação de um material de construção curável tem adicionalmente um dispositivo de alimentação 9 que comunica no lado da entrada com três recipientes 11.1, 11.2, 11.3 e um reservatório de mistura 11.4. Um componente do material de construção curável está presente em cada um dos três recipientes 11.1, 11.2, 11.3. O primeiro componente, que está presente no primeiro recipiente 11.1, compreende, por exemplo, cimento e agregados, a título de exemplo, areia e preenchimento. O segundo componente, que está presente no segundo recipiente 11.2, consiste, por exemplo, em água. O terceiro componente presente no terceiro recipiente 11.3 é, por exemplo, um plastificante na forma de um éter policarboxilato. No reservatório de mistura 11.4, existe, por exemplo, um auxiliar reológico na forma de celulose modificada e/ou um polissacarídeo microbiano.
[00209] No lado da saída, o dispositivo de alimentação 9 tem três saídas separadas que são conectadas em cada caso a uma das três entradas 10.1, 10.2,
10.3 de um aparelho de mistura 10. O dispositivo de alimentação 9, adicionalmente, tem dispositivos de dosagem controláveis individualmente (não mostrados na Fig. 1), de modo que os componentes individuais nos recipientes individuais 11.1, 11.2,
11.3 podem ser dosados individualmente no aparelho de mistura 10.
[00210] Uma outra saída do dispositivo de alimentação é conectada ao bocal de entrada 5 (não mostrado na Fig. 1), de modo que a mistura possa ser transportada do reservatório de mistura 11.4 para o bocal de entrada 5 por um outro dispositivo de dosagem do dispositivo de alimentação 9.
[00211] O aparelho de mistura 10 está configurado como um misturador dinâmico e compreende, além disso, um dispositivo de transporte integrado na forma de um transportador helicoidal. No aparelho de mistura, os componentes que foram medidos individualmente são misturados uns com os outros e transportados para o canal flexível 12 instalado no aparelho de mistura no lado da saída. Em operação, a mistura e o transporte do material de construção curável podem ser realizados continuamente.
[00212] O material de construção curável pode ser transportado através do canal flexível 12, que se abre na face de extremidade da cabeça de impressão voltada para o braço 2.1 para a passagem tubular 3.1, para a cabeça de impressão 3 e ser continuamente aplicado através da saída controlável 4.
[00213] Outro constituinte do sistema 1 é uma unidade de medição 13 que está integrada no canal de transporte 12 na região entre o aparelho de mistura 10 e a cabeça de impressão 3. A unidade de medição compreende, por exemplo, um transdutor ultrassônico que é configurado para determinar as propriedades de fluxo do material curável. Uma taxa de varredura da unidade de medição 13 é, por exemplo, 10 Hz.
[00214] Uma unidade de controle central 14 do sistema 1 compreende um processador, uma unidade de memória e uma pluralidade de interfaces para receber dados e uma pluralidade de interfaces para controlar componentes individuais do sistema 1.
[00215] O aparelho de mistura 10 é conectado por uma primeira linha de controle 15a à unidade de controle 14, enquanto o dispositivo de alimentação é conectado por uma segunda linha de controle 15b à unidade de controle 14. Desta forma, os componentes individuais nos recipientes 11.1, 11.2, 11.3 podem ser dosados no aparelho de mistura 10 por meio da unidade de controle central de acordo com as formulações prescritas armazenadas na unidade de controle e transportados a taxas de transporte ajustáveis para o canal flexível 12.
[00216] A saída controlável 4, o bocal de entrada 5 e o dispositivo 7 para desaeração do material de construção curável na cabeça de impressão são cada um da mesma forma conectados por uma linha de controle separada 15c, 15d, 15e à unidade de controle 14 e podem ser controlados ou monitorados pela última.
[00217] O dispositivo de movimento 2 também está conectado à unidade de controle 14 por uma outra linha de controle 15g. Dessa forma, o movimento da cabeça de impressão 3 pode ser controlado pela unidade de controle 14.
[00218] A unidade de medição 8 é conectada por uma linha de dados 15h à unidade de controle 14 de modo que os dados de impressão medidos na unidade de medição possam ser transmitidos para a unidade de controle 14.
[00219] Analogamente, a unidade de medição 13 é conectada por uma linha de dados 15f à unidade de controle 14 de modo que os dados que caracterizam as propriedades de fluxo e foram medidos na unidade de medição possam ser transmitidos para a unidade de controle 14.
[00220] A unidade de controle 14 é, por exemplo, programada de modo que: i. as taxas de adição dos três componentes do material de construção curável são controladas por meio do dispositivo de alimentação 9 em função das propriedades de fluxo do material de construção curável no canal flexível determinadas por meio da unidade de medição 13; ii. o dispositivo de transporte integrado no aparelho de mistura 10 é controlado em função da pressão 8 determinada por meio da unidade de medição 8 e também da estrutura do objeto a ser produzido usando o material de construção curável; iii. a taxa de adição do aditivo através do bocal de entrada 5 é controlada em função das propriedades de fluxo do material de construção curável determinado por meio da unidade de medição 13 e também a estrutura do objeto a ser produzido; iv. o grau de desaeração do material de construção curável no dispositivo 7 é controlado em função das propriedades de fluxo do material de construção curável determinadas por meio da unidade de medição 13; v. o dispositivo de movimento 2 e, assim, a posição da cabeça de impressão 3, é controlado em função de um modelo do objeto a ser produzido armazenado no armazenamento de dados da unidade de controle 14.
[00221] A composição seca de aglutinante mineral usada como primeiro componente tem, por exemplo, a composição descrita na Tabela 1.
[00222] Tabela 1: Composição da composição seca de aglutinante Componente % em peso na composição de aglutinante Cimento CEM I 52.5 25 Metacaulim 4,5 Betoflow® D 5 Nekafill® 15 20 Areia 0-1 mm 42 Denka CSA 20 2 Sika® ViscoCrete®-225P 0,25 Carbowet® 4000 0,5 Celulose modificada 0,05 Espessante Inorgânico 0,10 Superabsorvente 0,1 Sulfato de alumínio 0,5
[00223] Os seguintes materiais foram usados neste documento: O sulfato de alumínio é Al2(SO4)3,18 H2O, que pode ser obtido da Merck, Suíça. Betoflow® D é um pó fino de carbonato de cálcio com um tamanho de partícula de 1-5 µm, que pode ser obtido da Omya. Nekafill® 15 é um calcário moído, que pode ser obtido da Kalkfabrik Netstal. O Sika® ViscoCrete®-225P é um superplastificante pulverulento baseado em um éter de policarboxilato, que pode ser obtido da Sika. Carbowet® 4000 é um antiespumante, que pode ser obtido da Air Products Chemicals Europe. Denka CSA 20 é um redutor de retração à base de cimento de sulfoaluminato de cálcio, que pode ser obtido da Newchem, Suíça.
[00224] A Fig. 2 representa uma modalidade ilustrativa do aparelho de mistura 10 da Fig. 1. O aparelho de mistura 10 compreende um acionador 20, um tambor 21, um fecho proximal 22, um fecho distal 23, uma saída 24, uma primeira entrada 10.1, uma segunda entrada 10.2, uma terceira entrada 10.3 e um dispositivo de suporte 25.
[00225] Nesse exemplo de trabalho, o fecho distal 23 é unido pelo dispositivo de suporte 25 ao acionamento 20, de modo que uma haste agitadora (não visível nessa imagem) pode ser montada em rolamentos tanto no fecho proximal 22 quanto no fecho distal 23.
[00226] Quando o aparelho de mistura 10 está sendo usado, o primeiro componente é, por exemplo, alimentado através da primeira entrada 10.1, o segundo componente é alimentado através da segunda entrada 10.2 e o terceiro componente é alimentado através da terceira entrada 10.3.
[00227] A Fig. 3 mostra o aparelho de mistura 10 sem o módulo de acionamento 20 em um estado desmontado. Nesse exemplo de trabalho, o aparelho de mistura 10 compreende um módulo de haste 26 e um módulo de tambor 27.
[00228] O módulo de haste 26 compreende um elemento de acoplamento 28 para acoplamento mecânico à unidade de acionamento 20, o fecho proximal 22, uma haste agitadora 29 e um elemento de transporte 30.
[00229] Nesse exemplo de trabalho, o módulo de cilindro 27 compreende um cilindro tubular de uma peça 31 e também um fecho distal 23. O tambor 31 tem uma primeira entrada 10.1, uma segunda entrada 10.2 e uma terceira entrada, 10.3, que estão todas dispostas em uma primeira região de extremidade do tambor 31. A saída 24 está disposta em uma segunda região de extremidade do cilindro 31.
[00230] O fecho distal 23 tem, nesse exemplo de trabalho, uma placa sacrificial 32 que está disposta em um lado do fecho distal 23 que está voltado para o tambor 31. A placa sacrificial 32 é desgastada durante a operação do sistema e pode ser substituída quando necessário. Isso permite que o fecho distal 23 seja usado por um período de tempo mais longo.
[00231] O elemento de transporte 30 é, neste exemplo de trabalho, configurado como transportador helicoidal. Aqui, o elemento de transporte 30 é disposto de modo que possa ser conectado à haste agitadora 29. Adicionalmente, o elemento de transporte 30 é fixado à haste agitadora 29 por um elemento de travamento (não visível nesta imagem).
[00232] Na região do módulo de haste 26, pinos 33 que se projetam radialmente da haste agitadora 29 são adicionalmente fixados como elementos de agitação (apenas um único pino é mostrado na Fig. 3).
[00233] A Fig. 4 mostra um processo usando o sistema 1 da invenção. Em uma primeira etapa 41, a composição seca de aglutinante mineral da Tabela 1 (ver acima) é fornecida como primeiro componente no recipiente 11.1. Água como segundo componente é colocada no recipiente 11.2 e um plastificante como terceiro componente é colocado no recipiente 11.3.
[00234] Os componentes são então, na segunda etapa 42, introduzidos continuamente por meio do dispositivo de alimentação 9 no aparelho de mistura 10 e misturados uns com os outros na próxima etapa 43 para prover uma composição de aglutinante mineral misturada com água. A composição seca de aglutinante com a composição indicada na Tabela 1 é misturada no aparelho de mistura 10 com uma quantidade de água tal que uma razão em peso de água para composição seca de aglutinante de cerca de 0,16 é obtida. O plastificante é dosado em uma quantidade tal que um ponto de estricção prescrito seja alcançado. A composição de aglutinante mineral que foi misturada com água corresponde a um material de construção curável no estado de pega.
[00235] A composição de aglutinante que foi misturada com água é subsequentemente alimentada, na quarta etapa 44, por meio do transportador helicoidal integrado no aparelho de mistura 10 pelo canal de transporte 12 para a cabeça de impressão 3.
[00236] Durante a alimentação para a cabeça de impressão 3, uma mistura na forma de um auxiliar reológico, por exemplo, uma celulose modificada e/ou um polissacarídeo microbiano, é, na etapa 45, adicionada de uma maneira dosada pelo bocal de entrada 5 à composição de aglutinante feita em função das propriedades de fluxo da composição de aglutinante determinada por meio da unidade de medição 13 e/ou a composição de aglutinante é desaerada por meio do dispositivo
7. As propriedades químicas e/ou físicas são, assim, adaptadas quando requerido, tal que os valores pretendidos prescritos para as propriedades de fluxo sejam respeitados.
[00237] A aplicação em camadas da composição de aglutinante pela saída 4 da cabeça de impressão é subsequentemente realizada no passo 46, de modo a produzir o objeto a ser feito.
[00238] Todas as etapas no processo 40, incluindo o controle da cabeça de impressão, são controladas e monitoradas por meio da unidade de controle 14.
[00239] Especificamente, um tubo com uma altura de 2 m e um diâmetro de cerca de 600 mm foi produzido como exemplo. As camadas individuais aplicadas tinham uma largura de cerca de 30 mm e uma altura de cerca de 10 mm. A velocidade horizontal da cabeça de impressão era de cerca de 40 mm por segundo. A impressão do corpo moldado demorou 2 horas e 40 minutos. A altura das camadas inferiores e superiores não diferia em mais de 5%. O corpo em forma impressa tinha uma superfície corrugada muito uniforme, sem defeitos visíveis. Mesmo após armazenamento por 3 dias a 25 °C e cerca de 40% de umidade atmosférica relativa, o corpo moldado não apresentava quaisquer rachaduras visíveis. Cerca de 16 horas após a aplicação da última camada, o corpo oco foi levantado com o auxílio de correias de carregamento e uma grua sobre uma palete de transporte sem que ocorressem danos no corpo moldado impresso.
[00240] Após cerca de 4 dias, o corpo moldado foi destruído por meio de um pesado martelo e os fragmentos foram analisados visualmente. As superfícies de fratura apresentavam superfície uniforme, sem inclusões de ar ou defeitos. As superfícies de fratura não exibiram nenhuma orientação preferencial, ou seja, as camadas aplicadas tiveram uma aderência tão boa entre si quanto dentro da mesma camada.
[00241] As modalidades acima descritas devem ser interpretadas meramente como exemplos ilustrativos que podem ser modificados conforme desejado dentro do escopo da invenção.
[00242] Assim, por exemplo, o misturador estático 6 pode ser omitido, de modo que nem um misturador estático nem um misturador dinâmico estejam presentes na cabeça de impressão.
[00243] Adicionalmente ou em vez do dispositivo de transporte integrado no aparelho de mistura 10, um ou mais outros dispositivos de transporte podem ser fornecidos no canal de transporte 12 e/ou na cabeça de impressão 3. Também é possível que dispositivos de transporte diferentes, além de transportadores helicoidais, estejam presentes.
[00244] É da mesma forma possível que outras unidades de medição que permitam, por exemplo, uma medição de temperatura, sejam fornecidas em vez de ou adicionalmente às unidades de medição 8, 13 na região da cabeça de impressão 3 e/ou no canal de transporte 12. É também concebível que a unidade de medição
13 no canal de transporte seja completamente omitida ou integrada na cabeça de impressão.
[00245] O aparelho de mistura 10 também pode ter menos ou mais entradas, de modo que componentes adicionais que estão presentes em recipientes adicionais possam ser dosados e inseridos.
[00246] Em vez de um ou mais dos recipientes 11.1, 11.2, 11.3, também é possível que conexões com fontes externas, por exemplo, uma conexão de água, estejam presentes.
[00247] Também é possível programar a unidade de controle de forma diferente, por exemplo, de modo que um fluxo de volume através do canal de transporte 12 e/ou da cabeça de impressão 3 seja levado em consideração.
LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA Sistema 2 Dispositivo de movimento
2.1 Braço móvel 3 Cabeça de impressão
3.1 Passagem 4 Saída controlável 5 Bocal de entrada 6 Misturador estático 7 Dispositivo de desaeração 8 Unidade de medição de pressão 9 Dispositivo de alimentação 10 Aparelho de mistura
10.1 Primeira entrada
10.2 Segunda entrada
10.3 Terceira entrada
11.1 Primeiro recipiente
11.2 Segundo recipiente
11.3 Terceiro recipiente
11.4 Reservatório de mistura 12 Canal flexível 13 Unidade de medição com transdutor ultrassônico
14 Unidade de controle 15a..h Controle e potência de dados 20 Acionador 21 Tambor 22 Fecho proximal 23 Fecho distal 24 Saída 25 Dispositivo de suporte 26 Módulo de Haste 27 Módulo de Tambor 28 Elemento de acoplamento 29 Haste agitadora 30 Elemento de transporte 31 Tambor 32 Placa sacrificial 33 Pinos (elementos de agitação) 40 Processo de aplicação
41..46 Etapas do processo
Claims (15)
1. Sistema (1) para aplicação de um material de construção curável, o sistema sendo caracterizado pelo fato de que compreende: um aparelho de mistura (10) para misturar componentes individuais do material de construção curável para prover um material de construção curável no estado de pega; uma cabeça de impressão (3) que é móvel em pelo menos uma direção no espaço e por meio da qual o material de construção em pega pode ser aplicado; um canal de transporte (12) por meio do qual o material de construção em pega pode ser transportado do aparelho de mistura (10) para a cabeça de impressão (3); pelo menos um dispositivo de transporte (30) para transportar o material de construção em pega do aparelho de mistura (10) através do canal de transporte (12) para a cabeça de impressão (3); um dispositivo de alimentação (9) que é configurado de modo que pelo menos dois componentes separados do material de construção curável possam ser introduzidos por pelo menos duas entradas separadas (10.1, 10.2, 10.3) no aparelho de mistura (10), particularmente em uma câmara de mistura do aparelho de mistura.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho de mistura (10), particularmente um misturador dinâmico, não é disposto na cabeça de impressão móvel (3) e/ou em nenhum aparelho de mistura e em que particularmente nenhum misturador dinâmico é disposto na cabeça de impressão móvel (3).
3. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o aparelho de mistura (10) compreende um misturador dinâmico e um misturador estático, em que preferencialmente o misturador estático é disposto no canal de transporte (12) e/ou na cabeça de impressão (3).
4. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que existe um bocal de entrada (5) para misturar um aditivo ao material de construção em pega no canal de transporte (12) e/ou na região da cabeça de impressão (3), especialmente para influenciar as propriedades químicas e/ou físicas do material de construção em pega.
5. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que existe um aparelho para aerar e/ou desaerar (7) o material de construção em pega, particularmente um sistema de fornecimento de ar, um aparelho de tratamento a vácuo e/ou um aparelho de vibração, em que, preferencialmente, o aparelho para aerar e/ou desaerar (7) está presente sobre ou dentro do canal de transporte e/ou da cabeça de impressão.
6. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que existe um aparelho para alterar a temperatura do material de construção em pega, particularmente um elemento de aquecimento e/ou um elemento de arrefecimento, em que preferencialmente o aparelho para alterar a temperatura está presente sobre ou dentro do canal de transporte (12) e/ou da cabeça de impressão (3).
7. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que há uma unidade de medição (13) para determinar uma propriedade química e/ou física do material de construção em pega no aparelho de mistura (10), no canal de transporte (12), na cabeça de impressão (3) e/ou após a entrega da cabeça de impressão (3), onde preferencialmente a unidade de medição (13) compreende um aparelho de medição de temperatura, um aparelho de medição de pressão, um aparelho de medição de umidade, um aparelho de medição para determinar a condutividade elétrica, um transdutor de ultrassom e/ou um reômetro.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de medição (13) é projetada de modo que a determinação da propriedade química e/ou física possa ser realizada durante a aplicação do material de construção, particularmente em tempo real.
9. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma saída (4), que é controlável em relação ao tamanho do orifício passante, está presente na cabeça de impressão (3), com a saída (4) preferencialmente podendo ser completamente fechada.
10. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que uma unidade de controle (14) está presente.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (14) é configurada de modo que a potência de transporte do dispositivo de transporte (30) é ou pode ser controlada e/ou regulada com base em uma propriedade química e/ou física do material de construção curável determinada usando a unidade de medição (13), particularmente com base em uma pressão do material de construção curável no canal de transporte (12) e/ou na cabeça de impressão (3).
12. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 10 a 11, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (14) é configurada de modo que uma taxa de adição de pelo menos um componente do material de construção curável, por meio do dispositivo de alimentação (9), seja ou possa ser regulada em função da propriedade química e/ou física do material de construção curável.
13. Sistema, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que: - um primeiro componente do material de construção está presente na forma sólida e compreende um aglutinante mineral e, opcionalmente, agregados, particularmente cascalho, areia, frações de partículas de rocha e/ou preenchimentos e, opcionalmente, uma mistura de concreto e/ou argamassa; - um segundo componente do material de construção está presente na forma líquida e compreende água; - um terceiro componente opcional compreendendo um plastificante está presente; - uma mistura que pode ser adicionada pelo bocal de entrada (5) e que preferencialmente compreende um plastificante, um auxiliar reológico e/ou um retardador está opcionalmente presente; onde os componentes e opcionalmente a mistura estão presentes em recipientes (11.1, 11.2, 11.3, 11.4) que são espacialmente separados uns dos outros e são constituintes do dispositivo de alimentação (9) e/ou se comunicam com este último.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente compreende uma composição seca de aglutinante mineral compreendendo cimento e preenchimentos minerais, em que a composição de aglutinante compreende pelo menos um acelerador de pega à base de sulfato de alumínio, pelo menos um superplastificante à base de um éter de policarboxilato e pelo menos um auxiliar reológico, onde o éter policarboxilato tem pelo menos 1 mmol, particularmente pelo menos 1,2 mmol, especialmente pelo menos 1,8 mmol de grupos de ácido carboxílico por grama de éter policarboxilato seco.
15. Utilização de um sistema (1), de acordo com pelo menos uma das reivindicações de 1 a 14, caracterizado pelo fato de que é para a produção de objetos tridimensionais a partir de materiais de construção curáveis, particularmente a partir de aglutinantes minerais ou composições de aglutinante mineral, especialmente a partir de composições de concreto ou de argamassa.
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