RU2753324C1 - Construction 3d printer - Google Patents

Abstract

FIELD: construction industry.

SUBSTANCE: invention relates to the design of construction 3D printers for printing objects, such as buildings, small architectural forms, fences, etc., from mortar and to a method for printing using a 3D printer. The result is achieved by the fact that the construction 3D printer contains supports, a printing unit suspended on supports with the help of cables, a winch for controlling the lengths of cables and a device for preparing and feeding mortar. And the printing unit contains a printing device with at least two dies, each of which is installed on its own linear movement mechanism, and the technical result is achieved by printing an object using such a 3D printer.

EFFECT: increasing printing accuracy by compensating for errors in the movement of the printing unit, increasing the productivity of construction work, reducing the weight of the construction 3D printer structure and its installed capacity, eliminating unwanted oscillatory movements of the printing unit, ensuring the printing of an object of any complexity.

17 cl, 21 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к конструкции строительных 3D принтеров для печати объектов, таких как здания, малые архитектурные формы, ограждения и т.п. из строительного раствора и к способу печати на 3D принтере, и может быть использовано при разработке 3D принтеров и технологий печати.The invention relates to the design of construction 3D printers for printing objects such as buildings, small architectural forms, fences, etc. from mortar and to a method of printing on a 3D printer, and can be used in the development of 3D printers and printing technologies.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство и способ для послойного изготовления конструкций больших размеров (RU 2690436). Устройство для послойного нанесения пастообразного материала при изготовлении трехмерной конструкции больших размеров, содержащее: по меньшей мере три первых опоры (Р1, Р2, Р3), которые находятся на расстоянии от земли и не на одной линии и на которых установлены три первых устройства (М1, М2, М3) для натяжения кабеля; по меньшей мере одну вторую опору (5b), находящуюся на расстоянии от земли (10) и поддерживающую второе устройство (4) для обеспечения натяжения; трубку (2b) для подвода материала, подвешенную над землей (10) и выполненную с возможностью перемещения по меньшей мере над областью между тремя первыми опорами; головку (2а) для нанесения материала, закрепленную на нижнем конце трубки (2b) для подвода материала и подвешенную ко второму устройству (4) для обеспечения натяжения посредством кабеля (4а) для подвески, и три позиционирующих кабеля (7-1, 7-2, 7-3) с длинами (L1, L2, L3) соответственно, каждый из которых присоединен одним концом к головке для нанесения материала через направляющую деталь (6) и связан другим своим концом с одним из трех первых устройств (М1, М2, М3) для обеспечения натяжения, причем позиционирующие кабели выполнены с возможностью поддерживаться натянутыми при различных регулируемых длинах посредством изменения настройки трех первых устройств (М1, М2, М3) и второго устройства (4) для обеспечения натяжения и с возможностью задавать, посредством регулировки их длин, перевернутую пирамиду с треугольным основанием, расположенным сверху, и с расположенной снизу вершиной, задающей в трехмерном пространстве точку нанесения, которая находится, по существу, на головке для нанесения материала, закрепленной на нижнем конце трубки (2b) для подвода материала, и которая имеет возможность перемещения по трем координатам X, Y, Z трехмерного пространства между тремя первыми устройствами для обеспечения натяжения при изменении настройки по меньшей мере одного из трех первых устройств (М1, М2, М3) для обеспечения натяжения. Способ изготовления трехмерной конструкции из пастообразных материалов, наносимых посредством указанного устройства, заключается в том, что указанную конструкцию изготавливают путем нанесения пастообразного материала в виде последовательных тонких слоев при перемещении головки для нанесения материала, при этом осуществляют натяжение трех позиционирующих кабелей с длинами (L1, L2, L3), регулируемыми посредством изменения настройки трех первых устройств (М1, М2, М3) для обеспечения натяжения таким образом, чтобы задать перевернутую пирамиду с треугольным основанием и с вершиной, задающей референтную точку в трехмерном пространстве, расположенную, по существу, на головке для нанесения материала, находящейся на нижнем конце трубки для подвода материала, при этом указанную точку нанесения перемещают по трем координатам трехмерного пространства XYZ, заданного тремя первыми опорами (Р1, Р2, Р3), посредством изменения настройки по меньшей мере одного из трех первых устройств (М1, М2, М3) для обеспечения натяжения и посредством перемещения первой каретки (3), поддерживающей головку (2а) для нанесения материала и удерживающей трубку (2b) для подвода материала, по существу, в вертикальном положении.A device and method for the layer-by-layer production of large-sized structures is known (RU 2690436). A device for layer-by-layer application of a pasty material in the manufacture of a three-dimensional structure of large dimensions, comprising: at least three first supports (P1, P2, P3), which are located at a distance from the ground and not on the same line and on which the first three devices (M1, M2, M3) for cable tension; at least one second support (5b) spaced from the ground (10) and supporting the second tensioning device (4); a tube (2b) for supplying material, suspended above the ground (10) and configured to move at least over the area between the three first supports; a head (2a) for applying the material, fixed at the lower end of the tube (2b) for feeding the material and suspended from the second device (4) to provide tension by means of a cable (4a) for suspension, and three positioning cables (7-1, 7-2 , 7-3) with lengths (L1, L2, L3), respectively, each of which is connected at one end to the head for applying material through the guide piece (6) and connected by its other end with one of the first three devices (M1, M2, M3 ) to provide tension, and the positioning cables are made with the ability to be kept tensioned at various adjustable lengths by changing the setting of the first three devices (M1, M2, M3) and the second device (4) to provide tension and with the ability to set, by adjusting their lengths, inverted a pyramid with a triangular base at the top and with an apex at the bottom that defines the application point in three-dimensional space, which is essentially on the application head material, fixed at the lower end of the tube (2b) for supplying the material, and which has the ability to move along three coordinates X, Y, Z of the three-dimensional space between the three first devices to provide tension when changing the setting of at least one of the three first devices (M1 , M2, M3) to ensure tension. A method for manufacturing a three-dimensional structure from pasty materials applied by means of the specified device consists in the fact that the specified structure is made by applying a pasty material in the form of successive thin layers while moving the head for applying the material, while tensioning three positioning cables with lengths (L1, L2 , L3), adjustable by changing the setting of the first three devices (M1, M2, M3) to provide tension in such a way as to define an inverted pyramid with a triangular base and apex defining a reference point in three-dimensional space, located essentially on the head for the application of the material located at the lower end of the tube for supplying the material, while the specified point of application is moved along three coordinates of the three-dimensional space XYZ, specified by the three first supports (P1, P2, P3), by changing the setting of at least one of the three first devices (M1 , M2, M3) for o by providing tension and by moving the first carriage (3) supporting the application head (2a) and holding the material delivery tube (2b) in a substantially vertical position.

Известен параллельный роботизированный манипулятор US 2017/0095973 A1 для создания трехмерных структур который включает устройство для формирования аддитивных структур, содержащее: экструдер, прикрепленный по меньшей мере к одному кабелю и приспособленный для перемещения по области рендеринга при поддержке кабеля; множество опор для кабеля, расположенных рядом с областью рендеринга, причем каждая из опор приспособлена для поддержки соответствующего кабеля; по меньшей мере, один тросовый привод, сообщающийся по меньшей мере с одним из кабелей и сконфигурированный для размещения экструдера над областью визуализации; а также подающий резервуар, соединенный с экструдером и сконфигурированный для транспортировки экструдируемого материала в экструдер для контролируемого нанесения на зону обработки. Способ формирования аддитивных структур, включающий: прикрепляют экструдер к множеству кабелей для перемещения и поддержки над областью визуализации при поддержке кабеля; поддержание кабелей от множества опор для кабелей, расположенных рядом с областью рендеринга, каждая из опор приспособлена для поддержки соответствующего кабеля; позиционирование экструдера в заранее определенных положениях над областью рендеринга путем вытягивания и втягивания кабелей; а также выпуск экструдата из подающего резервуара, соединенного с экструдером и сконфигурированного для транспортировки экструдата в экструдер для контролируемого осаждения на зону обработки.Known parallel robotic arm US 2017/0095973 A1 for creating three-dimensional structures, which includes a device for forming additive structures, comprising: an extruder attached to at least one cable and adapted to move around the rendering area with the support of the cable; a plurality of cable supports located adjacent to the rendering area, each of the supports adapted to support a respective cable; at least one cable drive in communication with at least one of the cables and configured to position the extruder over the imaging area; and a supply tank connected to the extruder and configured to transport the extruded material to the extruder for controlled application to the processing zone. A method of forming additive structures, including: attaching an extruder to a plurality of cables for movement and support over an imaging area with the support of the cable; supporting cables from a plurality of cable supports located adjacent to the rendering area, each of the supports adapted to support a respective cable; positioning the extruder at predetermined positions over the rendering area by pulling and pulling cables; and discharging the extrudate from a feed tank connected to the extruder and configured to transport the extrudate to the extruder for controlled deposition onto the processing zone.

Прототипом изобретения является строительный принтер, представленный в статье «On the Improvements of a Cable-Driven Parallel Robot for Achieving Additive Manufacturing for Construction, (https://www.researchgate.net/publication/ 318274439_On_the_Improvements_of_a_CableDriven_Parallel_Robot_for_Achieving_Additive _Manufacturing_for_Construction) который содержит вышки, на которые с помощью тросов подвешен узел печати и лебедки управления длинами тросов. Узел печати выполнен в виде несущей рамы (куб) на которую установлена фильера.The prototype of the invention is a construction printer presented in the article "On the Improvements of a Cable-Driven Parallel Robot for Achieving Additive Manufacturing for Construction," with the help of ropes, the printing unit and the winch for controlling the lengths of the ropes are suspended. The printing unit is made in the form of a supporting frame (cube) on which a die is installed.

Все указанные устройства реализуют способ печати, при котором в каждый момент местоположение и движение экструдера определяется длинами тросов, на которые подвешен экструдер (экструзионная головка). Недостатками указанных устройств и способа нанесения строительного раствора являются невысокая точность движения экструдера (экструзионной головки) и, как следствие этого, невысокая точность печатаемых изделии и неровность построенных стен, невысокая скорость нанесения слоев материала особенно при выполнении печати с многочисленными сменами направления движения узла печати, большой вес конструкции и большая установленная мощность оборудования. All of these devices implement a printing method in which at each moment the location and movement of the extruder is determined by the lengths of the cables on which the extruder (extrusion head) is suspended. The disadvantages of these devices and the method of applying the mortar are the low accuracy of the movement of the extruder (extrusion head) and, as a consequence, the low accuracy of the printed product and the unevenness of the constructed walls, the low speed of applying material layers, especially when printing with numerous changes in the direction of movement of the print unit, large the weight of the structure and the large installed capacity of the equipment.

Указанные недостатки обусловлены невысокой жесткостью элементов конструкции строительного принтера и подвесом узла печати на гибкие тросы, что не исключает их неконтролируемую вытяжку, различие свойств троса по длине, а также раскачивание элементов конструкции от ветровой нагрузки и динамических нагрузок от движущихся элементов конструкции. Данное устройство, как правило, работает согласно заданной математической модели от исходной реперной точки. В процессе работы устройства накапливается ошибка координат местоположения узла печати. These disadvantages are due to the low rigidity of the structural elements of the construction printer and the suspension of the printing unit on flexible cables, which does not exclude their uncontrolled stretching, the difference in the properties of the cable along the length, as well as the swinging of the structural elements from wind load and dynamic loads from moving structural elements. This device, as a rule, operates according to a given mathematical model from the initial reference point. During the operation of the device, an error in the coordinates of the location of the print unit is accumulated.

На периферийных зонах печати несущая рама может терять правильную ориентацию в пространстве. Для компенсации данного эффекта приходится увеличивать натяжение тросов, что вынуждает усиливать конструкцию строительного принтера и увеличивать его установленную мощность.In the peripheral printing areas, the carrier frame can lose its correct orientation in space. To compensate for this effect, it is necessary to increase the tension of the cables, which makes it necessary to strengthen the construction of the construction printer and increase its installed power.

Работа прототипа изобретения заключается в том, что экструдер, который подвешен и перемещается с помощью тросов, длины которых управляются лебедками, проходит последовательно на каждом уровне каждую линию печати. Прямые линии печати могут выполняться на высокой скорости, но при изменении направления линии печати, например, при поворотах необходимо снижать скорость, чтобы исключить раскачивание экструдера на тросах и не допускать колебательного движения экструдера, которое может не только снизить точность печати, но и быть опасным для работы принтера.The work of the prototype of the invention consists in the fact that the extruder, which is suspended and moved by means of cables, the lengths of which are controlled by winches, passes sequentially at each level of each print line. Straight print lines can be executed at high speed, but when changing the direction of the print line, for example, when turning, you need to reduce the speed in order to prevent the extruder from swinging on the cables and to prevent oscillatory movement of the extruder, which can not only reduce the printing accuracy, but also be dangerous for operation of the printer.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом является повышение точности печати за счет обеспечения компенсации ошибок движения узла печати.The technical result is to improve the accuracy of printing by providing compensation for errors in the movement of the printing unit.

Повышение производительности выполнения строительных работ.Increasing the productivity of construction work.

Снижение массы конструкции строительного 3D принтера и его установленной мощности. Reducing the weight of the construction of a construction 3D printer and its installed capacity.

Устранение нежелательных колебательных движений узла печати. Elimination of unwanted vibrational movements of the print unit.

Обеспечение печати объекта любой сложности.Providing printing of an object of any complexity.

Технический результат достигается тем, что строительный 3D принтер содержит опоры, узел печати, подвешенный на опорах с помощью тросов, лебедки управления длинами тросов и устройство подготовки и подачи строительного раствора согласно предложенному решению узел печати содержит печатающее устройство с не менее чем двумя фильерами, каждая из которых установлена на собственный механизм линейного перемещения.The technical result is achieved in that the construction 3D printer contains supports, a printing unit suspended on supports using cables, cable length control winches and a device for preparing and supplying mortar according to the proposed solution, the printing unit contains a printing device with at least two dies, each of which is installed on its own linear movement mechanism.

Строительный 3D принтер содержит печатающее устройство, который может быть установлен на механизм поворота.The construction 3D printer contains a printing device that can be mounted on a pivot mechanism.

Строительный 3D принтер содержит печатающее устройство, которое может быть установлено на несущую раму с помощью механизма точных перемещений.The construction 3D printer contains a printing device that can be mounted on a base frame using a precision movement mechanism.

Строительный 3D принтер содержит печатающее устройство, которое может быть оснащено датчиками местоположения и ориентации в пространстве.The construction 3D printer contains a printing device that can be equipped with location and orientation sensors in space.

Строительный 3D принтер может содержать установленные на собственный привод линейного перемещения компенсирующие грузы.A construction 3D printer can contain compensating weights installed on its own linear actuator.

Строительный 3D принтер может содержать фильеры, выполненные легкосъемными.Construction 3D printer can contain easily removable dies.

Строительный 3D принтер содержит узел печати с по меньшей мере одной емкостью. The construction 3D printer contains a printing unit with at least one container.

Строительный 3D принтер содержит узел печати с по меньшей мере одной емкостью для строительного раствора, которая может быть легкосъемной.The construction 3D printer contains a printing unit with at least one mortar container, which can be easily removable.

Строительный 3D принтер содержит устройство заправки емкости для строительного раствора узла печати.The construction 3D printer contains a device for filling the mortar container of the printing unit.

Строительный 3D принтер содержит устройство заправки и замены емкости для строительного раствора узла печати.The construction 3D printer contains a device for filling and replacing the mortar container of the printing unit.

Строительный 3D принтер содержит устройство подачи строительного раствора и насос подачи строительного раствора, выход которого соединен с предохранительным или управляемым клапаном для сбрасывания излишков строительного раствора обратно в бункер.The construction 3D printer contains a mortar feeder and a mortar pump, the outlet of which is connected to a safety or controlled valve for dumping excess mortar back into the hopper.

Строительный 3D принтер содержит насосы подачи строительного раствора, которые могут быть соединены непосредственно с фильерами.The construction 3D printer contains mortar pumps that can be connected directly to the dies.

Строительный 3D принтер содержит насосы строительного раствора, которые выполнены объемными и снабжены индивидуальными регулируемыми приводами. The construction 3D printer contains mortar pumps, which are volumetric and equipped with individual adjustable drives.

Другой технический результат обеспечивает способ печати объекта с помощью строительного 3D принтера, в котором узел печати движется с помощью тросов, длины которых управляются лебедками, согласно предложенному решению объект печатают по уровням печати и линиям печати, определенным для каждого уровня, при этом узел печати движется с минимальным изменением направления движения по траектории, которая обусловлена формой печатаемого объекта, а установленные на печатающем устройстве узла печати фильеры совершают движения согласно линий печати.Another technical result provides a method for printing an object using a construction 3D printer, in which the print unit moves with the help of cables, the lengths of which are controlled by winches, according to the proposed solution, the object is printed according to the print levels and print lines defined for each level, while the print unit moves from a minimum change in the direction of movement along the trajectory, which is due to the shape of the printed object, and the dies installed on the printing device of the printing unit move according to the printing lines.

Возможен способ печати объекта, где одновременно производится печать на нескольких уровнях. A method of printing an object is possible, where printing is simultaneously performed on several levels.

Возможен способ печати объекта, где производительность каждой фильеры задается в зависимости от скорости ее перемещения и площади поперечного сечения ее выходного отверстия. A method of printing an object is possible, where the productivity of each die is set depending on the speed of its movement and the cross-sectional area of its outlet.

Возможен способ печати объекта, где по меньшей мере часть фильер могут прерывать подачу строительного раствора. A method for printing an object is possible, where at least part of the dies can interrupt the supply of the mortar.

Сущность изобретения раскрывается следующим графическим материалом:The essence of the invention is disclosed by the following graphic material:

На фиг. 1 изображен общий вид строительного 3D принтера. FIG. 1 shows a general view of a construction 3D printer.

На фиг. 2а, 2б изображены варианты структурных схем узла печати строительного 3D принтера.FIG. 2a, 2b show variants of structural diagrams of a printing unit for a construction 3D printer.

На фиг. 3а изображен общий вид узла печати.FIG. 3a shows a general view of the print unit.

На фиг. 3б изображен общий вид узла печати с механизмом точных перемещений.FIG. 3b shows a general view of a printing unit with a precise movement mechanism.

На фиг. 3в изображена гидравлическая схема узла печати.FIG. 3c shows the hydraulic diagram of the printing unit.

На фиг. 4 изображено печатающее устройство.FIG. 4 shows a printing device.

На фиг. 5 изображен механизм поворота печатающего устройства. FIG. 5 shows the mechanism of rotation of the printing device.

На фиг. 6а, 6б и 6в представлены варианты исполнения механизма точных перемещений печатающего устройства.FIG. 6a, 6b and 6c show variants of the mechanism of precise movements of the printing device.

На фиг. 7а изображен общий вид узла печати с емкостью для строительного раствора.FIG. 7a shows a general view of a printing unit with a container for mortar.

На фиг. 7б изображен общий вид узла печати с лёгкосъёмной емкостью для строительного раствора.FIG. 7b shows a general view of a printing unit with an easily removable container for mortar.

На фиг. 8 изображен общий вид строительного 3D принтера, содержащего устройство заправки емкости для строительного раствора узла печати.FIG. 8 shows a general view of a construction 3D printer containing a device for filling a container for a mortar of a printing unit.

На фиг. 9 изображено устройство заправки емкости для строительного раствора узла печати.FIG. 9 shows the device for filling the mortar container of the printing unit.

На фиг. 10 изображен общий вид строительного 3D принтера, содержащего устройство заправки и замены емкости для строительного раствора узла печати.FIG. 10 shows a general view of a construction 3D printer containing a device for filling and replacing a container for mortar of a printing unit.

На фиг. 11 изображено устройство заправки и замены емкости для строительного раствора узла печати. FIG. 11 shows a device for filling and replacing a container for mortar of the printing unit.

На фиг. 12 изображена схема устройство подготовки и подачи строительного раствора.FIG. 12 shows a diagram of a device for preparation and supply of mortar.

На фиг. 13а представлен вариант исполнения стены, состоящей из боковых стенок и зигзагообразной связи. FIG. 13a shows an embodiment of a wall consisting of side walls and a zigzag connection.

На фиг. 13б представлен вариант исполнения стены, состоящей из боковых стенок и двух пересекающихся друг с другом зигзагообразных связей.FIG. 13b shows an embodiment of a wall consisting of side walls and two intersecting zigzag ties.

На фиг. 13в представлен вариант исполнения стены цилиндрической формы, содержащей выполненные по радиусу боковые стенки и зигзагообразную связь.FIG. 13c shows an embodiment of a cylindrical wall containing radial side walls and a zigzag connection.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Строительный 3D принтер (фиг. 1) содержит не менее трех опор 1, на которые с помощью тросов 2 подвешен узел печати 3, лебедки 4 управления длинами тросов 2, устройство 5 подготовки и подачи строительного раствора, рукав 6 подачи строительного раствора и основной пульт 7 управления. Точки расположения опор 1 образуют геометрическую фигуру, внутри которой происходит печать. The construction 3D printer (Fig. 1) contains at least three supports 1, on which the printing unit 3 is suspended with the help of cables 2, winches 4 for controlling the lengths of cables 2, a device 5 for preparation and supply of mortar, a hose 6 for supplying mortar and the main control panel 7 management. The location points of the supports 1 form a geometrical figure within which printing takes place.

Тросы 2 соединены с одной стороны с узлом печати 3, с другой стороны через промежуточные шкивы 8, установленные на вершинах опор 1, и/или через промежуточные шкивы 8а, установленные на заданных постоянных или изменяемых высотах опор 1, с лебедками 4 либо непосредственно с лебедками 4, которые располагают на опорах 1 аналогично промежуточным шкивам 8 и 8а. При этом тросы 2, соединенные со шкивами 8 или установленными на их места лебедками 4, соединены с нижними элементами 9 крепления узла печати 3, соответственно, тросы 2, соединенные со шкивами 8а или установленными на их места лебедками 4, соединены с верхними элементами 9 крепления узла печати 3.The cables 2 are connected on one side with the printing unit 3, on the other hand through the intermediate pulleys 8 installed on the tops of the supports 1, and / or through the intermediate pulleys 8a, installed at predetermined constant or variable heights of the supports 1, with winches 4 or directly with the winches 4, which are located on the supports 1 similarly to the intermediate pulleys 8 and 8a. In this case, the cables 2 connected to the pulleys 8 or winches 4 installed in their places are connected to the lower fastening elements 9 of the printing unit 3, respectively, the cables 2 connected to the pulleys 8a or winches 4 installed in their places are connected to the upper fastening elements 9 print unit 3.

Узел печати 3 (структурная схема фиг. 2а) содержит следующую последовательность установленных механизмов и устройств: несущая рама 12, механизм 13 поворота, печатающее устройство 10. Печатающее устройство 10 содержит не менее двух фильер 11. Несущая рама 12 узла печати 3 содержит элементы 9 крепления тросов 2.The printing unit 3 (block diagram of Fig. 2a) contains the following sequence of installed mechanisms and devices: a supporting frame 12, a rotation mechanism 13, a printing device 10. The printing device 10 contains at least two dies 11. The supporting frame 12 of the printing unit 3 contains fastening elements 9 ropes 2.

Дополнительно узел печати 3 может быть снабжен механизмом 14 точных перемещений (структурная схема фиг. 2б). В этом случае узел печати 3 имеет следующую последовательность установленных механизмов и устройств: несущая рама 12, механизм 14 точных перемещений, механизм 13 поворота, печатающее устройство 10. Additionally, the printing unit 3 can be equipped with a precise movement mechanism 14 (block diagram of Fig. 2b). In this case, the printing unit 3 has the following sequence of installed mechanisms and devices: a supporting frame 12, a precise movement mechanism 14, a rotation mechanism 13, a printing device 10.

Узел печати 3 фиг. 3а (гидравлическая схема фиг. 3в, вариант исполнения структурной схемы вариант фиг. 2а) содержит разветвитель потока строительного раствора 15, насосы 16 подачи строительного раствора, гибкие рукава 17 для подачи строительного раствора и фильеры 11, установленные на устройство печати 10. Насосы 16 подачи строительного раствора объемного типа, например, героторный, перистальтический, роторный лопастной и т. п. Каждый насос 16 подачи строительного раствора снабжен регулируемым приводом, например, сервомотором 18, шаговым двигателем или асинхронным двигателем с частотным преобразователем напряжения. Насосы 16 подачи строительного раствора могут быть соединены непосредственно с фильерами 11, которые они питают. В нижней части несущей рамы 12 установлены последовательно механизм 13 поворота и устройство печати 10.Printing unit 3 of FIG. 3a (hydraulic diagram of Fig. 3c, a variant of the structural diagram of the variant of Fig. 2a) contains a splitter of the flow of mortar 15, pumps 16 for supplying mortar, flexible hoses 17 for supplying mortar and nozzles 11 mounted on the printing device 10. Pumps 16 volumetric type of mortar such as gerotor, peristaltic, rotary vane, etc. Each mortar pump 16 is provided with a variable drive, such as a servo motor 18, a stepper motor or an asynchronous motor with a frequency converter. The mortar supply pumps 16 can be connected directly to the nozzles 11 that they feed. In the lower part of the supporting frame 12, a rotation mechanism 13 and a printing device 10 are installed in series.

Узел печати 3 вариант исполнения фиг. 3б (гидравлическая схема фиг. 3в, вариант исполнения структурной схемы вариант фиг. 2б) отличается от варианта исполнения фиг. 3а наличием механизма 14 точных перемещений.Printing unit 3, embodiment of FIG. 3b (hydraulic diagram of Fig. 3c; embodiment of the structural diagram; variant of Fig. 2b) differs from the embodiment of Fig. 3b. 3a by the presence of a precise movement mechanism 14.

Узел печати 3 также может содержать по меньшей мере одну емкость 19 и насосы 20 для дозированной подачи в строительный раствор дополнительных компонентов строительного раствора. При этом дополнительный компонент подается одним насосом 20 до разветвителя 15 потока или индивидуальными насосами 20 в каждый поток после разветвителя 15 потока (фиг. 3в). The printing unit 3 may also contain at least one container 19 and pumps 20 for metering additional components of the mortar into the mortar. In this case, an additional component is supplied by one pump 20 to the flow splitter 15 or by individual pumps 20 to each flow after the flow splitter 15 (Fig. 3c).

Узел печати 3 может дополнительно содержать отсечной клапан 21, который расположен после насоса 16 подачи строительного раствора или непосредственно перед фильерой 11 (фиг. 3в). The printing unit 3 may further comprise a shut-off valve 21, which is located after the mortar pump 16 or immediately before the die 11 (Fig. 3c).

Узел печати 3 может содержать локальный пульт 22 управления, который содержит блоки питания, драйверы управления всех входящих его состав двигателей, актуаторов, клапанов и другого оборудования, вторичных преобразователей датчиков (на фигурах не показаны), которые объединены единым контроллером, а также устройства связи с основным пультом 7 управления строительным 3D принтером. The printing unit 3 may contain a local control panel 22, which contains power supplies, control drivers for all motors, actuators, valves and other equipment included in its composition, secondary transducers of sensors (not shown in the figures), which are combined by a single controller, as well as communication devices with the main control panel 7 to control the construction 3D printer.

Печатающее устройство 10 содержит (фиг. 4) основание 23, на котором установлены механизмы линейного перемещения, например, линейные модули 24 горизонтального перемещения с двигателем 25, на каретках 26 установлены линейные модули 27 вертикального перемещения. На каретках 28 линейных модулей 27 вертикального перемещения установлены легкосъемные соединения для крепления фильер 11, например, в виде накидных хомутов 29, закрепляемых винтами 30. Такое решение позволяет перемещать фильеру 11 линейно по одной оси в горизонтальной плоскости и вертикально.The printing device 10 contains (Fig. 4) a base 23 on which linear movement mechanisms are installed, for example, linear modules 24 of horizontal movement with a motor 25, linear modules 27 of vertical movement are installed on carriages 26. On the carriages 28 of the linear modules 27 of vertical movement, easily removable connections are installed for attaching the dies 11, for example, in the form of collars 29 fixed by screws 30. This solution allows you to move the dies 11 linearly along one axis in the horizontal plane and vertically.

Устройство печати 10 может содержать два линейных модуля 24 горизонтального перемещения, которые установлены один на другой перпендикулярно друг другу (на фиг. не показано). Это обеспечивает перемещение фильеры 11 в двух направлениях координатных осей в горизонтальной плоскости.The printing device 10 may contain two linear horizontal movement modules 24, which are mounted one on top of the other perpendicular to each other (not shown in the figure). This ensures the movement of the die 11 in two directions of the coordinate axes in the horizontal plane.

Таким образом каждая фильера 11 установлена на печатающее устройство 10 на собственный механизм линейного перемещения и может иметь до трех степеней свободы линейных перемещений.Thus, each die 11 is mounted on the printing device 10 on its own linear movement mechanism and can have up to three degrees of freedom of linear movement.

Вариант исполнения печатающего устройства 10 фиг. 4 содержит три фильеры 11. Причем две фильеры 11 движутся по одной горизонтальной линии и установлены на более короткие линейные модули 24 горизонтального перемещения, чем третья фильера 11. В зависимости от назначения строительного 3D принтера и уровня сложности печатаемых объектов печатающее устройство 10 может содержать две и более фильеры 11. При этом для решения конкретной поставленной задачи может быть задействованы как все имеющиеся фильеры 11, так и их часть. Незадействованные фильеры 11 могут быть сняты со своих позиций и не участвовать в работе или отключены с помощью отсечного клапана 21 или остановом насоса 16 подачи строительного раствора на данную фильеру 11.The embodiment of the printing device 10 of FIG. 4 contains three dies 11. Moreover, two dies 11 move along one horizontal line and are installed on shorter linear modules 24 of horizontal movement than the third die 11. Depending on the purpose of the construction 3D printer and the level of complexity of the printed objects, the printing device 10 may contain two and more dies 11. In this case, to solve a specific task can be used as all available dies 11, and their part. Unused dies 11 can be removed from their positions and not participate in the work or turned off by means of a shut-off valve 21 or by stopping the pump 16 supplying mortar to this die 11.

Печатающее устройство 10 может комплектоваться фильерами 11 различного профиля и размеров проходного сечения.The printing device 10 can be equipped with dies 11 of various profiles and dimensions of the flow area.

Печатающее устройство 10 может содержать один или более компенсирующий груз 31, каждый из которых установлен на каретку 32 своего собственного линейного модуля 33. The printing device 10 may contain one or more compensating weights 31, each of which is mounted on the carriage 32 of its own linear module 33.

На фиг. 4 печатающее устройство 10 содержит один компенсирующий груз 31, который установлен на линейный модуль 33 с двигателем 34. FIG. 4, the printing device 10 contains one compensating weight 31, which is mounted on a linear module 33 with a motor 34.

Печатающее устройство 10 может содержать датчики (не показаны):The printing device 10 may contain sensors (not shown):

- ориентации в пространстве, например, инклинометр, магнитный компас и т.п; - orientation in space, for example, inclinometer, magnetic compass, etc.

- датчики определения местоположения в пространстве, например, датчики инерционной навигационной системы или маркеры, с помощью которых можно определить местоположение и пространственную ориентацию узла печати 3;- sensors for determining the location in space, for example, sensors of an inertial navigation system or markers, with which it is possible to determine the location and spatial orientation of the print unit 3;

- датчики ориентации узла печати 3 относительно несущей рамы 12, например, линейные или угловые датчики измерений положения устройства печати 10 относительно несущей рамы 12;- sensors for orientation of the printing unit 3 relative to the carrier frame 12, for example, linear or angular sensors for measuring the position of the printing device 10 relative to the carrier frame 12;

- датчики определения местоположения каждой фильеры 11 в системе координат самого печатающего устройства 10, например, электронные линейки различного типа (не показаны).- sensors for determining the position of each die 11 in the coordinate system of the printing device 10 itself, for example, electronic rulers of various types (not shown).

Узел печати 3 подвешен с помощью тросов 2 на опорах 1, поэтому он не может поворачиваться для изменения направления ориентации печатающего устройства 10 с фильерами 11. Для обеспечения поворота печатающего устройства 10 относительно несущей рамы 12 (фиг. 2а, 3а) введен механизм 13 поворота (фиг. 5), который состоит из несущего элемента, поворотной части и привода вращения. Несущий элемент в данном исполнении представлена в виде зубчатого колеса 35, имеющего внутреннюю кольцевую направляющую, по которой перемещаются ролики 36. Поворотная часть представляет собой основание 23 печатающего устройства 10. На основании 23 установлен привод вращения содержащий двигатель 37 с шестерней 38, который входит в зацепление с зубчатым колесом 35. Механизм 13 поворота своим несущим элементом, т.е. зубчатым колесом 35, может быт установлен неподвижно непосредственно на несущую раму 12 (фиг. 2а, 3а) или на механизм 14 точного перемещения (фиг. 2б, 3б). В последнем случае зубчатое колесо 35 будет установлено в качестве подвижной платформы (общетехнический термин, применяемый в механизме Стюарта или подобных устройствах).The printing unit 3 is suspended by cables 2 on supports 1, so it cannot be rotated to change the direction of orientation of the printing device 10 with dies 11. To ensure the rotation of the printing device 10 relative to the supporting frame 12 (Figs. 2a, 3a), a rotation mechanism 13 ( Fig. 5), which consists of a carrier, a rotary part and a rotation drive. The carrier element in this embodiment is presented in the form of a gear 35, which has an inner annular guide along which the rollers 36 move. The rotary part is the base 23 of the printing device 10. On the base 23, a rotation drive is installed containing a motor 37 with a gear 38, which engages with a toothed wheel 35. The turning mechanism 13 by its supporting element, i. e. gear 35, can be fixedly mounted directly on the supporting frame 12 (Fig. 2a, 3a) or on the mechanism 14 for precise movement (Fig. 2b, 3b). In the latter case, the gear 35 will be installed as a movable platform (a general technical term used in the Stewart mechanism or the like).

Механизм 13 поворота печатающего устройства 10 содержит датчик угла поворота (не показан) печатающего устройства 10 относительно зубчатого колеса 35.The rotation mechanism 13 of the printer 10 includes a rotation angle sensor (not shown) of the printer 10 with respect to the gear 35.

Механизм 13 поворота печатающего устройства 10 может иметь другие конструктивные решения, обеспечивающие аналогичный результат. Например, вместо зубчатой передачи может быть использована цепная или ременная передача с зубчатым ремнем и т.д.The mechanism 13 of rotation of the printing device 10 may have other designs that provide a similar result. For example, instead of a gear train, a chain drive or belt drive with a toothed belt, etc. can be used.

Механизм 14 точных перемещений печатающего устройства 10 обеспечивает до трех степеней свободы линейных перемещений и до трех степеней свободы вращения печатающего устройства 10 относительно несущей рамы 12, что позволяет обеспечить компенсацию ошибок движения узла печати 3 с помощью тросов 2 и лебедок 4 по заданной траектории. Отклонение от заданной траектории движения может быть связана с неточностью движения тросов 2, недостаточной жесткостью опор 1, ветровыми нагрузками и т. п. С другой стороны, снижение точности движения узла печати 3 может быть результатом целенаправленной разработки облегченной конструкции и мощности. Если движение узла печати 3 обеспечивается достаточно точно, строительный 3D принтер может не содержать механизма 14 точных перемещений. Если движение узла печати 3 обеспечивается достаточно точно, строительный 3D принтер может не содержать механизма 14 точных перемещений. The mechanism 14 of precise movements of the printing device 10 provides up to three degrees of freedom of linear movements and up to three degrees of freedom of rotation of the printing device 10 relative to the supporting frame 12, which makes it possible to compensate for errors in the movement of the printing unit 3 using cables 2 and winches 4 along a given trajectory. The deviation from the given trajectory of movement can be associated with the inaccuracy of the movement of the cables 2, insufficient rigidity of the supports 1, wind loads, etc. On the other hand, the decrease in the accuracy of the movement of the printing unit 3 can be the result of the purposeful development of a lightweight design and power. If the movement of the printing unit 3 is provided accurately enough, the construction 3D printer may not contain a mechanism 14 for precise movements. If the movement of the printing unit 3 is provided accurately enough, the construction 3D printer may not contain a mechanism 14 for precise movements.

На фиг. 6а, 6б и 6в представлены варианты исполнения механизма 14 точных перемещений печатающего устройства 10.FIG. 6a, 6b and 6c show variants of the mechanism 14 for precise movements of the printing device 10.

Механизм 14 точных перемещений (вариант исполнения фиг. 6а) содержит основание 39 и подвижную платформу в виде зубчатого колеса 35, которые соединены между собой с помощью двух линейных актуаторов 40 (приводы), оба конца которых снабжены шарнирами вращения 41, например, шарнирными подшипниками. Кронштейн 42 одним концом жестко соединен с основанием 39, а другим концом через шарнир вращения 37 соединен с зубчатым колесом 35. Т.о. данный механизм обеспечивает две степени свободы вращения. The fine movement mechanism 14 (embodiment of Fig. 6a) comprises a base 39 and a movable platform in the form of a gear 35, which are interconnected by means of two linear actuators 40 (drives), both ends of which are provided with rotation joints 41, for example, ball bearings. The bracket 42 is rigidly connected to the base 39 at one end, and is connected to the gear 35 through the rotation joint 37 at the other end. this mechanism provides two degrees of freedom of rotation.

Механизма 14 точных перемещений (вариант исполнения фиг. 6б) содержит основание 39 и подвижную платформу в виде зубчатого колеса 35, которые соединены между собой с помощью трех линейных актуаторов 40, у двух из которых оба конца снабжены шарнирами вращения 41, например, шарнирными подшипниками, а третий линейный актуатор 40 одним своим концом жестко соединен с основанием 39, а его шток 43 соединен с зубчатым колесом 35 через шарнир вращения 41. При этом расстояние между точками установки актуаторов 40 на основании 39 и зубчатом колесе 35 различны. Т.о. данный механизм обеспечивает две степени свободы вращения и одну степень свободы линейного перемещения.The mechanism 14 of precise movements (embodiment of Fig.6b) contains a base 39 and a movable platform in the form of a gear 35, which are interconnected by means of three linear actuators 40, two of which have both ends of rotation hinges 41, for example, ball bearings, and the third linear actuator 40 is rigidly connected to the base 39 at one end, and its rod 43 is connected to the gear 35 through the rotation joint 41. The distance between the mounting points of the actuators 40 on the base 39 and the gear 35 are different. That. this mechanism provides two degrees of freedom of rotation and one degree of freedom of linear movement.

Механизм 14 точных перемещений (вариант исполнения фиг. 6в) выполнен виде механизма Стюарта, состоящего из основания 39 и подвижной платформы в виде зубчатого колеса 35, соединенных между собой с помощью шести линейных актуаторов 40, которые снабжены шарнирами вращения 41, например, шарнирными подшипниками. При этом расстояние между точками установки актуаторов 40 на основании 39 и зубчатом колесе 35 различны. Т.о. данный механизм обеспечивает шесть степеней свободы движения (три линейных степени свободы и три степени свободы вращения). The precise movement mechanism 14 (embodiment of Fig.6c) is made in the form of a Stewart mechanism, consisting of a base 39 and a movable platform in the form of a gear 35, interconnected by six linear actuators 40, which are equipped with rotation joints 41, for example, ball bearings. In this case, the distance between the mounting points of the actuators 40 on the base 39 and the gear 35 are different. That. this mechanism provides six degrees of freedom of movement (three linear degrees of freedom and three degrees of freedom of rotation).

Основание 39 механизма 14 точных перемещений может представлять собой часть конструкции несущей рамы 12 с элементами крепления актуатора 40, шарниров вращения 41, кронштейна 42. Подвижная платформа, представленная в виде зубчатого колеса 35 может быть выполнена в виде другой конструкции, на которую устанавливаются элементы последующих механизмов. На фиг. 6а, 6б, 6в подвижная платформа выполнена в виде зубчатого колеса 35 внешнего зацепления и имеет внутри кольцевую направляющую. Данное зубчатое колесо 35 является одновременно несущим элементом механизма 13 поворота печатающего устройства 10 (фиг. 4).The base 39 of the fine movement mechanism 14 can be a part of the structure of the supporting frame 12 with fastening elements for the actuator 40, the rotation joints 41, the bracket 42. The movable platform, represented in the form of a gear wheel 35, can be made in the form of another structure, on which the elements of subsequent mechanisms are installed ... FIG. 6a, 6b, 6c, the movable platform is made in the form of a gearwheel 35 of external engagement and has an annular guide inside. This gear 35 is at the same time a supporting element of the rotation mechanism 13 of the printing device 10 (Fig. 4).

Механизм 14 точных перемещений устройства печати 10 содержит датчики линейных перемещений (не показаны) зубчатого колеса 35 относительно основания в трех осях координат, а также три датчика угла поворота (не показаны) зубчатого колеса 35 относительно основания 39. The mechanism 14 for fine movements of the printing device 10 contains linear displacement sensors (not shown) of the gear 35 relative to the base in three coordinate axes, as well as three sensors of the angle of rotation (not shown) of the gear 35 relative to the base 39.

Механизм 14 точных перемещений может иметь другую конструкцию, которая должна обеспечить до трех степеней линейных перемещений и до трех степеней вращательных движений узла печати 10. При этом величины ходов линейных перемещений и углов поворота вращательных движений должны компенсировать возможные ошибки движения и пространственной ориентации узла печати 3, вызванные неточностью изменения длин тросов 2, недостаточной жесткостью опор 1, ветровыми нагрузками и т. п.The mechanism 14 of precise movements may have a different design, which should provide up to three degrees of linear movements and up to three degrees of rotational movements of the printing unit 10. In this case, the values of the strokes of linear movements and angles of rotation of the rotational movements should compensate for possible errors in the movement and spatial orientation of the printing unit 3, caused by inaccurate changes in the lengths of the cables 2, insufficient rigidity of supports 1, wind loads, etc.

Помимо датчиков, установленных на печатающем устройстве 10, механизме 13 поворота печатающего устройства 10 и механизме 14 точных перемещений печатающего устройства 10 узел печати 3 содержит датчик (не показан) пространственной ориентации узла печати 3, например, трехосевой инклинометр, датчик (не показан) определения местоположения узла печати 3 в пространстве, например, датчик инерционной навигационной системы, датчики или маркеры (не показаны) для определения местоположения и пространственной ориентации узла печати 3 с помощью видеокамер компьютерного зрения, лазерных трекеров, видеокамер или лазерных дальномеров (не показаны), позволяющих определить местоположение в пространстве и пространственную ориентацию узла печати 3. Указанные датчики устанавливаются непосредственно на несущую раму 12 или в локальный пульт 22 управления, если он установлен жестко на несущей раме 12. Узел печати 3 может также содержать другие датчики, обеспечивающие контроль работы узлов, условия работы и результат выполнения работ, например, датчики давления в рукаве 6 подачи строительного раствора, датчики температуры окружающей среды и строительного раствора, датчики контроля перемещений исполнительных органов, видеокамеры для контроля результата нанесения строительного раствора и т.п.In addition to the sensors installed on the printing device 10, the mechanism 13 of rotation of the printing device 10 and the mechanism 14 of precise movements of the printing device 10, the printing unit 3 contains a sensor (not shown) for the spatial orientation of the printing unit 3, for example, a three-axis inclinometer, a sensor (not shown) for determining the location print unit 3 in space, for example, an inertial navigation system sensor, sensors or markers (not shown) to determine the location and spatial orientation of the print unit 3 using computer vision video cameras, laser trackers, video cameras or laser rangefinders (not shown) to determine the location in space and spatial orientation of the printing unit 3. These sensors are installed directly on the supporting frame 12 or in the local control panel 22 if it is rigidly installed on the supporting frame 12. The printing unit 3 may also contain other sensors that monitor the operation of the units, working conditions and cut The execution of work, for example, pressure sensors in the mortar supply hose 6, ambient temperature and mortar temperature sensors, sensors for controlling the movements of the executive bodies, video cameras for monitoring the result of applying the mortar, etc.

Узел печати 3 может содержать емкость 44 для строительного раствора (фиг. 7а), при этом каждый насос 16 подачи строительного раствора соединен с емкостью 44 для строительного раствора отдельно. Емкость 44 для строительного раствора может иметь устройство перемешивания (не показано) строительного раствора. The printing unit 3 may comprise a mortar container 44 (FIG. 7a), with each mortar pump 16 being connected to the mortar container 44 separately. The mortar container 44 may have a mortar mixing device (not shown).

Насос 20 подачи дополнительного компонента строительного раствора соединен со входом соответствующего насоса 16 подачи строительного раствора (фиг. 3в) или один насос 20 (не показано) подачи дополнительного компонента может быть соединен с емкостью 44 для строительного раствора.A mortar addition pump 20 is connected to the inlet of a corresponding mortar pump 16 (FIG. 3c), or a single add-on pump 20 (not shown) may be connected to a mortar tank 44.

Емкость 44 для строительного раствора может быть установлена на узле печати 3 стационарно или на легкосъемное соединение. Например, емкость 44 (фиг. 7б) может иметь цапфы 45а для установки на несущую раму 12 и цапфы 45б для установки на устройство извлечения (не показано) емкости 44 из узла печати 3, а на несущей раме 12 иметь специальные опоры – ловители 46, на которые устанавливаются цапфы 45а емкости 44 для строительного раствора, а также узел соединения емкости 44 с насосами 16 подачи строительного раствораThe container 44 for mortar can be installed on the printing unit 3 permanently or on an easily removable connection. For example, the container 44 (Fig.7b) can have pins 45a for installation on the carrier frame 12 and pins 45b for installation on a device for removing (not shown) the container 44 from the printing unit 3, and on the carrier frame 12 have special supports - catchers 46, on which the pins 45a of the mortar container 44 are mounted, as well as the junction of the container 44 with the mortar supply pumps 16

Дополнительно такая емкость 44 может содержать датчик для определения количества имеющегося строительного раствора, например, датчики веса (не показаны). Additionally, such a container 44 may include a sensor for determining the amount of mortar present, such as weight sensors (not shown).

Строительный 3D принтер, содержащий узел печати 3 с емкостью 44 для строительного раствора, может быть оборудован не менее чем одним устройством заправки 47 (фиг. 8, 9) емкости 44 для строительного раствора узла печати 3, выполненным в виде отдельной опоры 1 с подъемником 48, на которой установлен сливной патрубок 49, соединенный с гибким рукавом 6 подачи строительного раствора. Устройства заправки 47 емкости 44 строительного раствора узла печати 3 могут быть расположены в разных концах рабочей зоны печати. Если строительный 3D принтер содержит одно устройство заправки 47 (фиг. 8) емкости 44 строительного раствора, то он устанавливается в такое место, чтобы оптимизировать холостые движения узла печати 3 от точек печати до устройства заправки 47.A construction 3D printer containing a printing unit 3 with a container 44 for mortar can be equipped with at least one filling device 47 (Fig. 8, 9) container 44 for mortar of the printing unit 3, made in the form of a separate support 1 with a lift 48 , on which a drain pipe 49 is installed, connected to a flexible hose 6 for supplying mortar. Devices for filling 47 the mortar container 44 of the printing unit 3 can be located at different ends of the working printing area. If the construction 3D printer contains one refueling device 47 (Fig. 8) of the mortar container 44, then it is installed in such a place to optimize the idle movements of the printing unit 3 from the printing points to the refueling device 47.

Строительный 3D принтер, содержащий узел печати 3 с емкостью 44 для строительного раствора, установленной на легкосъемное соединение может быть оборудован не менее чем одним устройством 50 заправки и замены емкости 44 для строительного раствора устанавливаемой на легкосъемное соединение узла печати 3 (фиг. 10, 11) и содержать одну или более дополнительных сменных емкостей 44, которые установлены на устройство заправки 50 и замены емкости 44 для строительного раствора. Устройство 50 заправки и замены емкости 44 для строительного раствора содержит опору 1, не менее двух подъёмников 52 с кронштейнами 53 и опорами-ловителями 46 для установки цапф 45б емкости 44 для строительного раствора, над которыми установлен сливной патрубок 54 для слива строительного раствора, который выполнен поворотным. Размещение устройств 50 заправки и замены емкости для строительного раствора аналогично размещению узла заправки емкости 47 строительного раствора (фиг. 8). A construction 3D printer containing a print unit 3 with a mortar tank 44 installed on an easily removable joint can be equipped with at least one device 50 for refilling and replacing a mortar tank 44 installed on an easily removable joint of the print unit 3 (Fig. 10, 11) and contain one or more additional replaceable containers 44 that are installed on the device for filling 50 and replacing the container 44 for mortar. The device 50 for filling and replacing the container 44 for mortar contains a support 1, at least two lifters 52 with brackets 53 and supports-catchers 46 for installing trunnions 45b of the container 44 for mortar, over which a drain pipe 54 is installed for draining the mortar, which is made swivel. The arrangement of the devices 50 for filling and replacing the mortar container is similar to the arrangement of the unit for filling the mortar container 47 (FIG. 8).

Устройство 5 подготовки и подачи строительного раствора (фиг. 12) содержит один или несколько дозаторов 55 твердых компонентов и один или несколько дозаторов 56 жидких компонентов, смеситель 57, бункер 58 готового строительного раствора и насос 59 подачи строительного раствора. Насос 59 подачи строительного раствора объемного типа, например, героторный, перистальтический, роторный лопастной и т. п., снабжен регулируемым приводом 60, например, сервомотором, шаговым двигателем или асинхронным двигателем с частотным преобразователем напряжения. Выход насоса соединен с предохранительным или управляемым клапаном 61, или дросселем, который сбрасывает излишки строительного раствора обратно в бункер 58. The device 5 for preparation and supply of mortar (Fig. 12) contains one or more dispensers 55 for solid components and one or more dispensers 56 for liquid components, a mixer 57, a ready-made mortar hopper 58 and a pump 59 for supplying mortar. The pump 59 for supplying a volumetric type of mortar, for example, gerotor, peristaltic, rotary vane, etc., is equipped with a variable drive 60, for example, a servo motor, a stepper motor or an asynchronous motor with a frequency voltage converter. The pump outlet is connected to a safety or controlled valve 61, or a throttle, which dumps excess mortar back into the hopper 58.

Строительный 3D принтер содержит основной пульт 7 управления (фиг. 1, 8, 10) и локальные пульты (не показаны) управления, которые установлены на узле печати 3, лебедках 4, устройстве 5 подготовки и подачи строительного раствора, устройстве 47 заполнения емкости 44 для строительного раствора, устройстве 48 заправки емкости 44 для строительного раствора и на устройстве заправки и замены легкосъемной емкости 44 для строительного раствора.The construction 3D printer contains a main control panel 7 (Fig. 1, 8, 10) and local control panels (not shown), which are installed on the printing unit 3, winches 4, a device 5 for preparation and supply of mortar, a device 47 for filling a container 44 for mortar, the device 48 for filling the container 44 for mortar and on the device for filling and replacing the easily removable container 44 for mortar.

Основной пульт 7 управления вынесен за периметр строительного 3D принтера, и осуществляет следующие функции:The main control panel 7 is placed outside the perimeter of the construction 3D printer, and performs the following functions:

- выработка технологического процесса печати и управление всем процессом печати; - development of the printing process and management of the entire printing process;

- управлением всеми входящими в состав принтера приводами (драйверами) сервоприводов, актуаторов, заслонок и т. п.;- control of all drives (drivers) of servo drives, actuators, dampers, etc., which are part of the printer;

- взаимодействие с оператором через панель оператора;- interaction with the operator through the operator panel;

- связь основного пульта 7 и локальных пультов осуществляется по беспроводной связи (Wi Fi) или по сети Profinet, Ethernet / IP, и т.п.- communication between the main console 7 and the local consoles is carried out wirelessly (Wi Fi) or via the Profinet network, Ethernet / IP, etc.

Локальные пульты управления содержат приводы (драйверы) управления входящими в данный узел устройств (сервомоторы, клапаны и т.п.) вторичные преобразователи датчиков и измерительных устройств входящих в данный узел, контроллер, обеспечивающий взаимодействие этих устройств и связи с основным пультом 7 управления.Local control panels contain drives (drivers) for controlling the devices included in this node (servomotors, valves, etc.) secondary converters of sensors and measuring devices included in this node, a controller that ensures the interaction of these devices and communication with the main control panel 7.

Локальные пульты управления осуществляют сбор информации с расположенных узлах датчиков и средств измерения, непосредственно управление устройствами (двигателями, клапанами и т.п.), могут осуществлять блокировки с целью создания требуемых ограничений и предотвращения аварийных ситуаций, а также передают на основной пульт 7 управления необходимую информацию. Local control panels collect information from the located nodes of sensors and measuring instruments, directly control devices (motors, valves, etc.), can carry out interlocks in order to create the required restrictions and prevent emergencies, and also transmit the necessary information.

На строительной площадке устанавливаются механические, оптические или лазерные реперы для калибровки строительного 3D принтера до начала и периодический в процессе ведения работ. При этом на узел печати 3 устанавливаются ответные детали (щупы), фотоприемники или дальномеры (не показано).At the construction site, mechanical, optical or laser benchmarks are installed to calibrate the construction 3D printer before the start and periodically during the course of work. In this case, counterparts (probes), photodetectors or rangefinders (not shown) are installed on the printing unit 3.

На фиг. 13а-13в представлены варианты нанесения строительного раствора фильерами 11 при возведении одного уровня элемента сооружения типа стены. Для упрощения идентификации каждой фильере 11 присвоен индекс (11а, 11б, 11в и т.п.). FIG. 13a-13c show options for applying a mortar by dies 11 when erecting one level of a structure element such as a wall. For ease of identification, each die 11 is assigned an index (11a, 11b, 11c, etc.).

На фиг. 13а представлен вариант исполнения части стены, выполненной тремя фильерами: 11а, 11б, 11в. Боковые стенки 62 и 63 связаны зигзагообразной связью 64. FIG. 13a shows an embodiment of a part of the wall made by three dies: 11a, 11b, 11c. Side walls 62 and 63 are connected by a zigzag link 64.

На фиг. 13б представлен вариант исполнения части стены, выполненной четырьмя фильерами: 11а, 11б, 11в и 11г. Боковые стенки 62 и 63 связаны зигзагообразными связями 64 и 65. FIG. 13b shows an embodiment of a part of the wall made with four dies: 11a, 11b, 11c and 11d. Side walls 62 and 63 are connected by zigzag ties 64 and 65.

На фиг. 13в представлен вариант исполнения части стены цилиндрической формы, выполненной тремя фильерами: 11а, 11б, 11в. Боковые стенки 62 и 63 имеют цилиндрическую форму и связаны зигзагообразной связью 64. FIG. 13c shows an embodiment of a cylindrical wall part made by three dies: 11a, 11b, 11c. The side walls 62 and 63 are cylindrical and connected by a zigzag link 64.

Строительный 3D принтер работает следующим образомConstruction 3D printer works as follows

Конструкция печатаемого объекта характеризуется множеством уровней печати и множеством линий печати на каждом уровне. Одни линии печати определяют внешние формы объекта, другие внутренние, третьи выступают в качестве связей между ними. Соответственно, линии печати имеют самые разнообразные формы: прямолинейные, криволинейные, циклические (зигзаг, меандр, синусоида и т.п.). Причем все эти линии могут быть на одном уровне печати. The design of the printed object is characterized by many print levels and many print lines at each level. Some print lines define the external forms of the object, others are internal, and others act as links between them. Accordingly, printing lines have a wide variety of shapes: rectilinear, curvilinear, cyclic (zigzag, meander, sinusoid, etc.). Moreover, all these lines can be at the same print level.

В основной пульт 7 управления строительного 3D принтера загружается управляющая программа и вводится 3D модель печатаемого объекта (возводимого сооружения, здания, архитектурной формы и т. п.). На основании указанной модели управляющая программа разделяет печатаемый объект на уровни печати и строит линии печати для каждого уровня. Управляющая программа рассчитывает траекторию движения узла печати 3, угол поворота устройства печати 10 относительно несущей рамы 12 с помощью механизма 13 поворота, количество работающих фильер 11 и перемещение каждой фильеры 11 линейными модулями 24.The control program is loaded into the main control panel 7 of the construction 3D printer and a 3D model of the printed object (erected structure, building, architectural form, etc.) is entered. Based on the specified model, the control program divides the printed object into print levels and builds print lines for each level. The control program calculates the trajectory of movement of the printing unit 3, the angle of rotation of the printing device 10 relative to the supporting frame 12 using the rotation mechanism 13, the number of working dies 11 and the movement of each dies 11 by linear modules 24.

Траектория движения узла печати 3 рассчитывается исходя из условия минимизации инерционных нагрузок на узел печати 3 для чего движение производится с минимальным изменением направлений движений, которые обусловлены формой печатаемого объекта. Такое решение позволяет реализовать максимальную скорость движения узла печати 3 и обеспечить такую траекторию движения узла печати, при которой достигается высокая производительность печати. Также учитывается размер хода линейных модулей 24 перемещения фильер 11 на заданном уровне печати. Оптимальным с этой точки зрения может быть линия, проходящая посередине между линиями печати, которые определяют ширину печати на данном участке. The trajectory of movement of the print unit 3 is calculated based on the condition of minimizing inertial loads on the print unit 3, for which the movement is performed with a minimum change in the directions of movements, which are due to the shape of the printed object. This solution allows you to realize the maximum speed of movement of the print unit 3 and provide such a trajectory of movement of the print unit, which achieves high printing performance. The size of the stroke of the linear modules 24 for moving the dies 11 at a given print level is also taken into account. From this point of view, the optimal line may be a line passing in the middle between the print lines, which determine the print width in this area.

Угол поворота устройства печати 10 относительно несущей рамы 12 с помощью механизма 13 поворота, рассчитывается исходя из пространственной ориентации и направления движения узла печати 3. Требуемый угол поворота устройства печати 11 обеспечивает перпендикулярность или другой требуемый угол между линейными модулями 24 фильер 11 и касательной к траектории движения узла печати 3 в данной точке.The angle of rotation of the printing device 10 relative to the supporting frame 12 using the rotation mechanism 13 is calculated based on the spatial orientation and the direction of movement of the printing unit 3. The required rotation angle of the printing device 11 provides perpendicularity or other required angle between the linear modules 24 of the nozzles 11 and the tangent to the trajectory of motion print node 3 at this point.

Количество работающих фильер 11 определяется количеством печатаемых линий. Печать может производиться одновременно на нескольких уровнях печати. Если количество фильер 11 превышает количество линий печати отдельные фильеры 11 могут не производить печать. Соответственно должны быть отключены двигатели 18 насосов 16, которые питают эти фильеры. Также могут быть перекрыты отсечные клапаны 21 соответствующих фильер.The number of working dies 11 is determined by the number of printed lines. Printing can be done simultaneously on several printing levels. If the number of dies 11 exceeds the number of print lines, individual dies 11 may not be able to print. Accordingly, the motors 18 of the pumps 16, which feed these dies, must be turned off. The shut-off valves 21 of the respective dies can also be closed.

Перемещение каждой фильеры 11 линейным модулем 24 определяется координатой точки печати фильеры 11 и координатой местоположения узла печати 3. При этом механизм 13 поворота держит ориентацию устройства печати 10 таким образом, что линейные модули 24 перпендикулярны касательной к траектории движения узла печати 3 в данной точке или образуют с ним другой угол и требуемая точка печати находится на линии перемещения фильеры 11 линейным модулем 24.The movement of each die 11 by the linear module 24 is determined by the coordinate of the print point of the die 11 and the coordinate of the location of the printing unit 3. In this case, the rotation mechanism 13 keeps the orientation of the printing device 10 in such a way that the linear modules 24 are perpendicular to the tangent to the trajectory of the printing unit 3 at this point or form with it another angle and the required print point is on the line of movement of the die 11 by the linear module 24.

До начала работы принтера рассчитываются планы движения каждого механизма и устройства: механизма 13 поворота, линейных модулей 24, насосов 16 подачи строительного раствора и т. д.Before the printer starts operating, plans for the movement of each mechanism and device are calculated: the rotation mechanism 13, linear modules 24, pumps 16 for supplying mortar, etc.

Работа принтера заключается в том, что устройство 5 подготовки и подачи строительного раствора готовит и подает строительный раствор на насосы 16 подачи строительного раствора, которые дозировано подают его на фильеры 11. Экструдированный из фильер 11 строительный раствор в виде жгута заданного сечения ложится на линию печати, образуя элемент слоя, высота которого равна расстоянию между уровнями печати. Движение фильер 11 обеспечивают движение узла печати 3 и перемещение их с помощью линейных модулей 24. После прохождения всех линий печати одного уровня узел печати 3 поднимается на следующий, чтобы продолжить печать.The operation of the printer consists in the fact that the device 5 for preparation and supply of the mortar prepares and supplies the mortar to the pumps 16 for supplying the mortar, which supply it in doses to the dies 11. The mortar extruded from the dies 11 in the form of a bundle of a given section falls on the printing line, forming a layer element, the height of which is equal to the distance between print levels. The movement of the dies 11 provides the movement of the printing unit 3 and their movement with the help of linear modules 24. After passing all the printing lines of one level, the printing unit 3 rises to the next to continue printing.

Для печати могут быть использованы водные строительные растворы на основе песчано-цементных, песчано-гипсовых, песчано-глинистых, песчано-полимерных и т. п. смесей с добавлением технологических, реологических, упрочняющих и т. п. компонентов. Непосредственно перед нанесением строительного раствора в его состав могут быть добавлены дополнительные компоненты, изменяющие реологические свойства или скорость отвердения строительного раствора. Дополнительные компоненты строительного раствора из емкости 19 на узле печати 3 подаются насосами 20 в строительный раствор.For printing, aqueous mortars based on sand-cement, sand-gypsum, sand-clay, sand-polymer, etc. mixtures with the addition of technological, rheological, strengthening, etc. components can be used. Immediately before the application of the mortar, additional components can be added to its composition, changing the rheological properties or the rate of hardening of the mortar. Additional components of the mortar from the tank 19 on the printing unit 3 are supplied by pumps 20 into the mortar.

Принтер начинает работу с расположения узла печати 3 на реперной точке с известными координатами (не показано). По команде пульта 7 управления шкивы 8а выставляются на заданную высоту, лебедки 4 синхронно изменяют длины тросов 2 таким образом, что узел печати 3 движется на заданную точку начала печати. The printer starts from the location of the print unit 3 at the reference point with known coordinates (not shown). At the command of the control panel 7, the pulleys 8a are set to a predetermined height, the winches 4 synchronously change the lengths of the cables 2 in such a way that the printing unit 3 moves to a predetermined printing start point.

Устройство 5 подготовки и подачи готовит строительный раствор требуемого состава, который насосом 59 подачи подают по рукаву 6 в разветвитель 15 потока узла печати 3, затем насосами 16 через гибкие шланги 17 в фильеры 11. Каждый насос 16 обеспечивает требуемую производительность подачи строительного раствора путем задания частоты вращения двигателя 18, установленную в зависимости от размера проходного сечения и скорости движения фильеры 11, работу которой он обеспечивает. Насос 59 подачи строительного раствора имеет производительность несколько выше, чем суммарная производительность всех насосов 16, что обеспечивается частотой вращения регулируемого привода 60. Избыток поданного строительного раствора возвращается предохранительным или управляемым клапаном 61 обратно в бункер 59 устройства 5 подачи строительного раствора. The device 5 for preparation and supply prepares a mortar of the required composition, which is fed by a supply pump 59 through the hose 6 into the flow splitter 15 of the printing unit 3, then by pumps 16 through flexible hoses 17 into the nozzles 11. Each pump 16 provides the required delivery rate of the mortar by setting the frequency rotation of the motor 18, set depending on the size of the flow area and the speed of the die 11, the operation of which it provides. The pump 59 for supplying mortar has a capacity slightly higher than the total capacity of all pumps 16, which is provided by the speed of the variable drive 60. The excess of the supplied mortar is returned by a safety or controlled valve 61 back to the hopper 59 of the device 5 for supplying mortar.

Изменяя согласованно длины тросов 2 лебедками 4, двигают узел печати 3 в соответствии с рассчитанной траекторией движения каждого уровня печатаемого объекта. Механизм 13 поворота поворачивает печатающее устройство 10 относительно несущей рамы 12 узла печати 3 на заданное угловое расположение так, чтобы обеспечить перпендикулярность или другой требуемый угол между линейными модулями 24 фильер 11 и касательной к траектории движения узла печати 3 в данной точке. Для этого двигатель 37 вращает шестерню 38, которая входит в зацепление с колесом 35. Шестерня перемещается по поверхности колеса 35 и увлекает во вращательное движение основание 23 печатающего устройства 10. Ролики 36 контактируют и движутся по внутренней кольцевой направляющей зубчатого колеса 35, что обеспечивает вращательное движение основания 23 относительно центра зубчатого колеса 35. Изменение направление вращения двигателя 37 и скорость вращения обеспечивают поворот основания 23 вправо-влево с заданной угловой скоростью, что позволяет изменять направление ориентации печатающего устройства 10 с фильерами 11. Вариант ориентации печатающего устройства 10, при котором линейные модули 24 располагаются перпендикулярно траектории движения узла печати 3, обеспечивает наиболее широкое поле печати. Changing the length of the cables 2 with winches 4 in agreement, move the printing unit 3 in accordance with the calculated trajectory of movement of each level of the printed object. The rotation mechanism 13 rotates the printing device 10 relative to the bearing frame 12 of the printing unit 3 by a predetermined angular position so as to provide perpendicularity or other required angle between the linear modules 24 of the nozzles 11 and the tangent to the path of movement of the printing unit 3 at this point. To do this, the motor 37 rotates the gear 38, which meshes with the wheel 35. The gear moves along the surface of the wheel 35 and drags the base 23 of the printer 10 into rotational motion. The rollers 36 contact and move along the inner ring guide of the gear 35, which provides rotational movement base 23 relative to the center of the gear wheel 35. Changing the direction of rotation of the motor 37 and the rotation speed ensure the rotation of the base 23 to the right-left with a predetermined angular velocity, which makes it possible to change the direction of orientation of the printing device 10 with dies 11. A variant of the orientation of the printing device 10, in which the linear modules 24 are located perpendicular to the path of movement of the print unit 3, provides the widest printing field.

Фильеры 11 печатающего устройства 10 перемещаются линейными модулями 24 горизонтального перемещения на заданную точку в соответствии с расположением линии печати. В зависимости от скорости и направления вращения двигателей 25 линейных модулей 24 горизонтального перемещения задается скорость и направление перемещения каждой фильеры 11. Результирующая скорость и направление движения каждой фильеры 11 складывается как векторная сумма скорости и направления движения узла печати 3 и скорости и направления перемещения каждой фильеры 11 линейными модулями 24. Соответственно, линия движения фильеры 11 будет подобна траектории узла печати 3, если фильера 11 не перемещается линейным модулем 24, или отклоняться от нее, образуя иные линии движения, если фильера 11 перемещается линейным модулем 24. В частности, если линейный модуль 24 совершает циклические движения, то линии движения фильеры 11 также получаются циклическими, например, в виде в виде синусоиды, зигзага, меандра и т.п. Таким образом строительный 3D принтер может печать линии любой сложности заданной траектории и, соответственно, обеспечить печать объекта любой сложности. При этом узел печати 3 движется с минимальным количеством изменения направлений движений по траектории, которая обусловлены формой печатаемого объекта, а установленные на печатающем устройстве 10 узла печати 3 фильеры 11, совершают на большой скорости боковые и циклические движения согласно линии печати, что позволяет получить высокую производительность работы. Это возможно благодаря тому, что масса каждой фильеры 11 намного меньше массы узла печати 3. Принтер при этом потребляет меньшую мощность. The dies 11 of the printing device 10 are moved by linear modules 24 of horizontal movement to a predetermined point in accordance with the position of the print line. Depending on the speed and direction of rotation of the motors 25 linear modules 24 horizontal movement, the speed and direction of movement of each die 11. The resulting speed and direction of movement of each die 11 is added as the vector sum of the speed and direction of movement of the printing unit 3 and the speed and direction of movement of each die 11 linear modules 24. Accordingly, the line of motion of the die 11 will be similar to the trajectory of the printing unit 3, if the die 11 is not moved by the linear module 24, or deviates from it, forming other lines of motion, if the die 11 is moved by the linear module 24. In particular, if the linear module 24 performs cyclic movements, then the lines of motion of the die 11 are also cyclical, for example, in the form of a sinusoid, zigzag, meander, etc. Thus, a construction 3D printer can print a line of any complexity of a given trajectory and, accordingly, print an object of any complexity. In this case, the printing unit 3 moves with a minimum amount of changes in the directions of movements along the trajectory, which is due to the shape of the printed object, and the dies 11 installed on the printing device 10 of the printing unit 3, perform lateral and cyclic movements at high speed in accordance with the printing line, which makes it possible to obtain high productivity work. This is possible due to the fact that the mass of each die 11 is much less than the mass of the printing unit 3. The printer consumes less power.

При печати нескольких линий одновременно, траектория движения узла печати 3 может быть выбрана как средняя линия между двумя крайними линями, которые определяют ширину печатаемого фрагмента объекта. Если эта линия имеет циклический характер, то выбирается средняя линия данной циклической линии. Таким образом исключаются циклические движения узла печати 3. При этом узел печати 3 должен находиться на такой линии, чтобы фильеры 11 достигали крайних точек печатаемого объекта. Также может быть выбрана линия эквидистантная ей. When printing several lines at the same time, the trajectory of the print unit 3 can be selected as the middle line between the two extreme lines, which determine the width of the printed fragment of the object. If this line is cyclical, then the middle line of this cyclic line is selected. Thus, cyclic movements of the printing unit 3 are excluded. In this case, the printing unit 3 should be located on such a line that the dies 11 reach the extreme points of the printed object. A line that is equidistant to it can also be selected.

Выбор траектории движения узла печати 3 плавной с минимальным количеством изменения направлений движения, которое обусловлено формой печатаемого объекта, позволяет обеспечить высокую скорость печати линий с частым изменением направления печати и высокую точность печати.The choice of the trajectory of movement of the printing unit 3 is smooth with a minimum amount of changes in the directions of movement, which is due to the shape of the printed object, allows for high speed of printing lines with frequent changes in the direction of printing and high printing accuracy.

Печать объекта по траектории движения узла печати 3 с минимальным количеством изменения направлений движения, которые обусловлены формой печатаемого объекта, позволяет обеспечить высокую скорость печати объекта, имеющих линии с частым изменением направления печати, и высокую точность печати.Printing an object along the trajectory of the print unit 3 with a minimum amount of changes in the directions of movement, which are due to the shape of the printed object, allows you to ensure a high speed of printing an object with lines with frequent changes in the direction of printing, and high printing accuracy.

Циклическое движение линейных модулей 24 с фильерами 11 приводит к возникновению переменной величины количества движения (импульса движения), которое передается узлу печати 3, подвешенному на тросах 2, и не компенсируется. Это может приводить к возникновению колебательных движений узла печати 3, что может повлиять на точность его перемещения и в итоге на точность печати. Для устранения указанного явления, в периоды совершения фильерами 11 некомпенсированных циклических движений, приводятся в движение компенсирующие грузы 31. The cyclic movement of linear modules 24 with nozzles 11 leads to the appearance of a variable amount of momentum (impulse of motion), which is transmitted to the printing unit 3, suspended on the cables 2, and is not compensated. This can lead to the occurrence of oscillatory movements of the printing unit 3, which can affect the accuracy of its movement and, as a result, the accuracy of printing. To eliminate this phenomenon, during the periods of uncompensated cyclic movements by the spinnerets 11, compensating weights 31 are set in motion.

При любом количестве подвижных фильер 11 возможен расчет суммарной величины количества движения, возникающего как реакция на движения фильер 11 и задание параметров движения компенсирующего груза 31.With any number of movable dies 11, it is possible to calculate the total value of the momentum arising as a reaction to the motion of the dies 11 and to set the parameters of the movement of the compensating weight 31.

Применение подвижных компенсирующих грузов 31 позволяет избежать возникновение колебательных движений узла печати 3, которое влияет на точность движения печати 3 и всех входящих в него компонентов и, в конечном случае, фильер 11, и позволяет повысить точность печати, а также не допустить возникновения параметрических автоколебаний, что может оказаться опасным для работы строительного 3D принтера.The use of movable compensating weights 31 avoids the occurrence of oscillatory movements of the printing unit 3, which affects the accuracy of the movement of the printing 3 and all components included in it and, ultimately, the dies 11, and allows increasing the printing accuracy, as well as preventing the occurrence of parametric self-oscillations, which can be dangerous for the operation of a construction 3D printer.

Каждая фильера 11 может быть установлена на определенную высоту за счет перемещения каретки 28 линейного модуля 27 вертикальных перемещений. Скорость и направление перемещения фильер 11 в вертикальном направлении определяется направлением и скоростью вращения двигателей 25 линейных модулей 27 вертикального перемещения. Это позволяет производить печать объекта сразу на нескольких высотах одновременно, т.е. на нескольких уровнях. Для этого фильеры 11 устанавливают на высотах расположения тех уровней, на которых производит печать данная фильера 11. Количество одновременно печатаемых уровней может быть от одного до общего количества установленных фильер 11.Each die 11 can be set to a certain height by moving the carriage 28 of the linear module 27 of vertical movements. The speed and direction of movement of the dies 11 in the vertical direction is determined by the direction and speed of rotation of the motors 25 linear modules 27 vertical movement. This allows you to print an object at several heights at the same time, i.e. at several levels. For this, the dies 11 are set at the heights of the levels at which this dies 11 are printed. The number of simultaneously printed levels can be from one to the total number of installed dies 11.

Требуемая производительность каждой фильеры 11 определяется поперечным сечением выходного отверстия и результирующей скоростью ее перемещения. Насосы 16 подачи строительного раствора обеспечивают требуемую производительность для каждой фильеры 11 за счет скорости вращения сервомотора 18. Таким образом производительность каждой фильеры 11 задается в зависимости от скорости ее перемещения и площади поперечного сечения ее выходного отверстия. При необходимости возможно прерывание подачи строительного раствора на любую из фильер 11 путем останова соответствующего насоса 16, а также дополнительного перекрытия потока строительного раствора отсечным клапаном 21 при его наличии. Отсечной клапан 21 позволяет ускорить время отсечки строительного раствора и снижает неконтролируемое нанесение строительного раствора при прерывании подачи строительного раствора. Экструдированный из фильер 11 строительный раствор в виде жгута заданного сечения ложится на линию печати, образуя элемент слоя, высота которого равна расстоянию между уровнями печати.The required productivity of each die 11 is determined by the cross-section of the outlet and the resulting speed of its movement. The mortar supply pumps 16 provide the required performance for each die 11 due to the rotation speed of the servomotor 18. Thus, the performance of each die 11 is set depending on the speed of its movement and the cross-sectional area of its outlet. If necessary, it is possible to interrupt the supply of mortar to any of the nozzles 11 by stopping the corresponding pump 16, as well as to additionally shut off the flow of mortar with a shut-off valve 21, if any. The cut-off valve 21 allows for faster cut-off times of the mortar and reduces uncontrolled application of mortar when the mortar supply is interrupted. The mortar extruded from the nozzles 11 in the form of a rope of a predetermined cross section falls on the print line, forming a layer element, the height of which is equal to the distance between the print levels.

Представленный на фиг. 4 вариант исполнения устройства печати 3 содержит три фильеры 11. Две боковые фильеры 11 могут быть использованы для нанесения строительного раствора на боковые стенки 62, 63 печатаемого объекта (фиг.13а), а средняя фильера 11 для нанесения зигзагообразной линии 64, связывающую боковые стенки 62 и 63. Соответственно, перемещение этой фильеры 11 будет способствовать появлению циклического момента движения, пропорционального весу фильеры 11 с проходящим через нее строительным раствором, и скорости ее перемещения. Для компенсации этого циклического момента движения линейный модуль 33 приводит в движение каретки 32 с компенсирующим грузом 31, который движется противоположно перемещению фильеры 11 с тем же моментом движения, что и фильера 11 с проходящей через него массой строительного раствора. Это позволяет компенсировать величину суммарного количества движения колеблющейся средней фильеры 11 и исключить возможные колебательные движения узла печати 3.The embodiment shown in FIG. 4, an embodiment of the printing device 3 contains three dies 11. Two side dies 11 can be used to apply mortar to the side walls 62, 63 of the printed object (Fig. 13a), and the middle die 11 to apply a zigzag line 64 connecting the side walls 62 and 63. Accordingly, the movement of this die 11 will contribute to the appearance of a cyclic moment of movement, proportional to the weight of the die 11 with the mortar passing through it, and the speed of its movement. To compensate for this cyclic moment of movement, the linear module 33 drives the carriage 32 with a compensating weight 31, which moves opposite to the movement of the die 11 with the same moment of movement as the die 11 with the mass of mortar passing through it. This makes it possible to compensate for the value of the total momentum of the oscillating middle die 11 and to exclude possible oscillatory movements of the printing unit 3.

Примеры реализации.Examples of implementation.

на фиг. 13а-13в представлены варианты нанесения строительного раствора фильерами 11 при возведении одного уровня печатаемого объекта, например, стены. Для упрощения идентификации каждой фильере 11 присвоен индекс (11а, 11б и т.д.). in fig. 13a-13c show options for applying mortar with dies 11 when erecting one level of a printed object, for example, a wall. For ease of identification, each die 11 is assigned an index (11a, 11b, etc.).

На фиг. 13а представлен вариант исполнения стены, состоящей из двух боковых стенок 62 и 63 и зигзагообразной линии 64, тремя фильерами: фильеры 11а и 11б печатают стенки 62 и 63, фильера 11в печатает зигзагообразную линию 64, связывающую стенки 62 и 63. Траектория движения узла печати 3 выбрана как среднее между линиями печати 62 и 63 (штрих-пунктирная линия) и является прямой, что обусловлено формой печатаемого фрагмента. Механизм 13 поворота поворачивает печатающее устройство 10 относительно несущей рамы 12 вокруг ее вертикальной оси (на фигурах не показано) так, чтоб линейные модули 24 были перпендикулярны траектории движения узла печати 3. Фильеры 11а и 11б при печати не совершают перемещения и печатают по линиям печати стенок 62 и 63 повторяя траекторию движения узла печати 3. Скорость движение обоих филер 11а и 11б одинакова, при этом производительность насосов 16, питающих эти фильеры одинакова и задается частотой вращения двигателей 18, приводящих во вращение эти насосы 16. Фильера 11в при печати совершает постоянные циклические движения перпендикулярно направлению движения узла печати 3 от стенки 62 к стенке 63 и обратно. Скорость движения фильеры 11в определяется как векторная сумма скорости перемещения ее линейными модулями 24 и скорости движения узла печати 3. Скорость движения фильеры 11в выше скорости движения фильер 11а и 11б и меняется в зависимости от ее местоположения: на линейных участках зигзага - самая высокая и уменьшается до скорости движения узла печати 3 в момент обратного разворота у стенок 62 и 63. Производительность насоса 16 изменяют с помощью двигателя 18.FIG. 13a shows an embodiment of a wall consisting of two side walls 62 and 63 and a zigzag line 64 with three dies: dies 11a and 11b print walls 62 and 63, die 11c prints a zigzag line 64 connecting walls 62 and 63. Trajectory of the print unit 3 is selected as the average between print lines 62 and 63 (dash-dotted line) and is straight, due to the shape of the printed fragment. The rotation mechanism 13 rotates the printing device 10 relative to the supporting frame 12 about its vertical axis (not shown in the figures) so that the linear modules 24 are perpendicular to the path of movement of the printing unit 3. The dies 11a and 11b do not move during printing and are printed along the printing lines of the walls 62 and 63 repeating the trajectory of the print unit 3. The speed of movement of both fillers 11a and 11b is the same, while the performance of the pumps 16 feeding these dies is the same and is set by the speed of the motors 18 driving these pumps 16. movement perpendicular to the direction of movement of the print unit 3 from wall 62 to wall 63 and back. The speed of movement of the die 11c is determined as the vector sum of the speed of movement of its linear modules 24 and the speed of movement of the printing unit 3. The speed of movement of the die 11c is higher than the speed of movement of the nozzles 11a and 11b and varies depending on its location: in the linear sections of the zigzag it is the highest and decreases to the speed of movement of the printing unit 3 at the moment of the reverse turn at the walls 62 and 63. The performance of the pump 16 is changed by means of the motor 18.

Количество фильер 11 равно количеству линий печати уровня и поэтому все три фильеры 11а, 11б и 11 в могут находиться на одном уровне. Возможна печать, при которой фильеры 11а, 11б и 11в будут на разных уровнях печати. The number of dies 11 is equal to the number of print lines of the level and therefore all three dies 11a, 11b and 11c can be on the same level. Printing is possible in which the dies 11a, 11b and 11c will be at different print levels.

Вариант печатаемого объекта стенки по фиг. 13а может быть выполнен печатающим устройством 10, содержащем две фильеры 11 (11а и 11б). Печать происходит следующим образом: The embodiment of the printable wall object of FIG. 13a can be formed by a printer 10 comprising two dies 11 (11a and 11b). Printing takes place as follows:

При каждом прохождении узла печати 3 могут быть выбрана траектории движения узла печати 3, которая обусловлена формой фрагмента печати как:With each passage of the print unit 3, the trajectories of the print unit 3 can be selected, which is due to the shape of the print fragment as:

прямая линия, которая проходит как средняя линия между крайними линиями печати 62 и 63, a straight line that runs as the center line between the extreme print lines 62 and 63,

линия, которая находится как средняя линия между точками разворота зигзагообразной линии печати 64, которыми она не касается линии печати 62 и линей печати 62,a line that is located as the middle line between the pivot points of the zigzag print line 64, with which it does not touch the print line 62 and the print line 62,

линия, которая находится как средняя линия между точками разворота зигзагообразной линии печати 64, которыми она не касается линии печати 63 и линей печати 63.a line that is located as the midline between the pivot points of the zigzag print line 64, with which it does not touch the print line 63 and the print line 63.

Все указанные линии параллельны друг другу и обеспечивают одинаково прямолинейную траекторию узла печати 3. В данном случае выбрана линия, проходящая посередине между линиями печати 62 и 63, которая обозначена штрихпунктирной линией. All these lines are parallel to each other and provide an equally straight path for the print unit 3. In this case, a line is chosen that runs midway between print lines 62 and 63, which is indicated by a dash-and-dot line.

Первое прохождение узла печати 3. Фильера 11а устанавливается над линией печати стенки 62, фильера 11б – над зигзагообразной линией 64 (не так, как показано на фиг.13а). Обе фильеры 11а и 11б устанавливаются на одной высоте. При движении узла печати 3 вдоль печатаемого объекта стены фильера 11а не совершает циклических движений, фильера 11б совершает постоянные циклические движения перпендикулярно направлению движения узла печати 3 от стенки 62 до места расположения печатаемой стенки 63 и обратно. В результате после первого прохождения узла печати 3 на данном уровне будут напечатаны стенка 62 и зигзагообразная линия 64. The first pass of the printing unit 3. Die 11a is installed above the print line of the wall 62, the die 11b - above the zigzag line 64 (not as shown in Fig. 13a). Both dies 11a and 11b are installed at the same height. When the print unit 3 moves along the printed object of the wall, the die 11a does not make cyclic movements, the die 11b makes constant cyclic movements perpendicular to the direction of movement of the print unit 3 from the wall 62 to the location of the printed wall 63 and back. As a result, after the first passage of the printing unit 3 at this level, the wall 62 and the zigzag line 64 will be printed.

Второе прохождение узла печати 3. Фильера 11а устанавливается над линией печати стенки 62, фильера 11б – над линией печати стенки 63. Причем фильера 11а устанавливается на втором уровне, фильера 11б находится на первом уровне печати. При движении узла печати 3 вдоль печатаемого объекта стены фильеры 11а и 11б не совершают движения перпендикулярного направлению движения узла печати 3. В результате после второго прохождения на первом уровне печати будут напечатаны стенки 62, 63 и зигзагообразная линия 64, на втором уровне будет напечатана стенка 63.The second passage of the printing unit 3. Die 11a is installed above the print line of the wall 62, the die 11b - above the print line of the wall 63. Moreover, the die 11a is installed at the second level, the die 11b is at the first print level. When the print unit 3 moves along the printed object, the walls of the nozzles 11a and 11b do not move perpendicular to the direction of movement of the print unit 3. As a result, after the second passage at the first print level, walls 62, 63 and a zigzag line 64 will be printed, at the second level, wall 63 will be printed ...

Третье прохождение узла печати 3. Фильера 11а устанавливается над зигзагообразной линией 64, фильера 11б – над линией печати стенки 63. Обе фильеры устанавливаются на втором уровне печати на одной высоте. При движении узла печати 3 вдоль печатаемого объекта стены, фильера 11а совершает постоянные циклические движения перпендикулярно направлению движения узла печати 3 от стенки 62 к стенке 63 и обратно, фильера 11б не совершает перемещения. В результате после третьего прохождения будут напечатаны два уровня стенок 62, 63 и два уровня зигзагообразной линии 64.The third pass of the printing unit 3. Die 11a is installed above the zigzag line 64, the die 11b - above the printing line of the wall 63. Both die are installed at the second printing level at the same height. When the print unit 3 moves along the printed wall object, the die 11a makes constant cyclic movements perpendicular to the direction of movement of the print unit 3 from the wall 62 to the wall 63 and vice versa, the die 11b does not move. As a result, after the third pass, two levels of walls 62, 63 and two levels of a zigzag line 64 will be printed.

На фиг. 13б представлен вариант исполнения стены, выполненной из двух стенок 62, 63 и двух зигзагообразных линий 64, 65, выполненной четырьмя фильерами: фильеры 11а и 11б устанавливается над линией печати стенок 62 и 63, фильеры 11в и 11г над линией печати связей 64 и 65. FIG. 13b shows an embodiment of a wall made of two walls 62, 63 and two zigzag lines 64, 65, made with four dies: dies 11a and 11b are installed above the print line of walls 62 and 63, dies 11c and 11d above the print line of links 64 and 65.

Для печати выбрана прямолинейная траектория узла печати 3, которая обусловлена формой фрагмента печати как прямой линии и проходит как средняя линия между крайних линий печати 62 и 63, и которая обозначена как штрихпунктирная линия.For printing, a rectilinear trajectory of the print unit 3 is selected, which is due to the shape of the print fragment as a straight line and passes as a middle line between the extreme print lines 62 and 63, and which is designated as a dash-dot line.

Узел печати 3 движется по заданной траектории вдоль печатаемого объекта стены. Механизм 13 поворота печатающего устройства 10 поворачивает его вокруг вертикальной оси так, чтоб линейные модули 24 были перпендикулярно линии движения узла печати 3. Фильеры 11а и 11б перемещают над линиями печати стенок 62 и 63 и не совершают циклических движений. Фильеры 11в 11г совершает постоянные циклические движения перпендикулярно направлению движения узла печати 3 от стенки 62 к стенке 63 и обратно. В местах пересечения зигзагообразных линий 64 и 65 одна из фильер 11в или 11г прерывает подачу строительного раствора. Это позволяет избежать чрезмерного нанесения строительного раствора в местах пересечения зигзагообразных линий 64 и 65. Количество фильер 11 равно количеству линий печати уровня и поэтому все четыре фильеры 11а, 11б, 11в и 11г и могут находиться на одном уровне. Возможна печать, при котором фильеры 11а, 11б, 11в и 11г находятся на разных уровнях печати. Print unit 3 moves along a predetermined path along the printed wall object. The mechanism 13 of rotation of the printing device 10 rotates it around the vertical axis so that the linear modules 24 are perpendicular to the line of movement of the printing unit 3. The nozzles 11a and 11b move over the printing lines of the walls 62 and 63 and do not make cyclic movements. The dies 11c 11d make constant cyclic movements perpendicular to the direction of movement of the printing unit 3 from wall 62 to wall 63 and vice versa. At the intersection of the zigzag lines 64 and 65, one of the nozzles 11c or 11d interrupts the supply of the mortar. This avoids over-application of mortar at the intersections of the zigzag lines 64 and 65. The number of dies 11 is equal to the number of print lines of the level and therefore all four dies 11a, 11b, 11c and 11d can be at the same level. Printing is possible in which the dies 11a, 11b, 11c and 11d are at different printing levels.

На фиг. 13в представлен вариант исполнения печатаемого объекта стены цилиндрической формы, состоящей из двух цилиндрических стенок 62, 63 и зигзагообразной линии 64, выполненной тремя фильерами. Фильеры 11а и 11б устанавливаются над линиями печати стенок 62 и 63 соответственно, фильера 11в устанавливается над линией печати связи 64. Узел печати 3 совершает плавное движение по криволинейной траектории, обусловленной формой печатаемого объекта эквидистантно стенок 62 и 63 (например, по пунктирной линии). Механизм 13 поворота печатающего устройства 10 поворачивает его вокруг вертикальной оси (на фигурах не показано) так, чтоб линейные модули 24 всегда были перпендикулярно траектории узла печати 3. Фильеры 11а и 11б движутся над линиями печати стенок 62 и 63, не совершая циклических движений, и в результате чего перемещаются по траектории, подобной траектории движения узла печати 3. Фильера 11в совершает постоянные циклические движения перпендикулярно направлению движения узла печати 3 от стенки 62 к стенке 63 и обратно. Количество фильер равно количеству линий печати уровня и поэтому все три фильеры 11а, 11б и 11 в могут находиться на одном уровне. Возможна печать, при котором фильеры 11а, 11б и 11в находятся на нескольких уровнях. FIG. 13c shows an embodiment of the printed object of a cylindrical wall, consisting of two cylindrical walls 62, 63 and a zigzag line 64 made by three dies. Die 11a and 11b are installed above the print lines of walls 62 and 63, respectively, die 11c is installed above the print line of communication 64. Print unit 3 smoothly moves along a curved path due to the shape of the printed object equidistant to walls 62 and 63 (for example, along the dotted line). The rotation mechanism 13 of the printing device 10 rotates it around a vertical axis (not shown in the figures) so that the linear modules 24 are always perpendicular to the path of the printing unit 3. The dies 11a and 11b move over the printing lines of the walls 62 and 63 without making cyclic movements, and as a result, they move along a trajectory similar to the trajectory of movement of the printing unit 3. The die 11b performs constant cyclic movements perpendicular to the direction of movement of the printing unit 3 from wall 62 to wall 63 and vice versa. The number of dies is equal to the number of print lines of the level and therefore all three dies 11a, 11b and 11c can be on the same level. Printing is possible in which the dies 11a, 11b and 11c are at several levels.

Строительный 3D принтер с вариантом исполнения узла печати фиг. 3б (структурная схема фиг. 2б) отличается наличием механизма 14 точных перемещений устройства печати 10. Наличие механизма 14 точных перемещений позволяет выполнять точную печать объекта при невысокой точности движения и пространственной ориентации узла печати 3 во время движения. Невысокая точность движения и пространственная ориентация узла печати 3 во время перемещений может быть вызвана невысокой жесткостью опор 1, невысокой точностью работы лебедок 4, изменением жесткости тросов 2, ветровой нагрузкой на конструкцию во время работы и т. п. Construction 3D printer with a variant of the printing unit Fig. 3b (block diagram of Fig. 2b) is characterized by the presence of a mechanism 14 for precise movements of the printing device 10. The presence of a mechanism for precise movements 14 allows accurate printing of an object with low accuracy of movement and spatial orientation of the printing unit 3 during movement. The low accuracy of movement and the spatial orientation of the printing unit 3 during movements can be caused by the low rigidity of the supports 1, the low accuracy of the winches 4, the change in the rigidity of the cables 2, the wind load on the structure during operation, etc.

С другой стороны, наличие механизма 14 точных перемещений позволяет проектировать строительный 3D принтер, обладающий невысокой жесткостью опор 1, то есть облегченную конструкцию. Точное позиционирование узла печати 3, а особенно точная пространственная ориентация его требует высоких усилий на тросах и достаточной мощности лебедок 4. Наличие механизма 14 точных перемещений позволяет снизить нагрузки на конструкцию и установленную мощность лебедок 4, что также облегчает и упрощает конструкцию строительного 3D принтера.On the other hand, the presence of a precise movement mechanism 14 makes it possible to design a construction 3D printer with a low stiffness of the supports 1, that is, a lightweight structure. Precise positioning of the printing unit 3, and especially its precise spatial orientation, requires high efforts on the cables and sufficient power of the winches 4. The presence of the mechanism of 14 precise movements allows to reduce the load on the structure and the installed power of the winches 4, which also facilitates and simplifies the construction of a construction 3D printer.

При движении узла печати 3 датчик пространственной ориентации (не показан) узла печати 3, датчик определения местоположения (не показан) узла печати 3 в пространстве определяют истинное местоположение и пространственную ориентацию узла печати 3 в пространстве, данные отправляются на пульт 7 управления. Пульт 7 управления определяет величину ошибки положения и пространственной ориентации узла печати 3 относительно заданной программой управления. When the print unit 3 moves, the spatial orientation sensor (not shown) of the print unit 3, the spatial orientation sensor (not shown) of the print unit 3 in space determines the true location and spatial orientation of the print unit 3 in space, the data is sent to the control panel 7. The control panel 7 determines the magnitude of the error in the position and spatial orientation of the print unit 3 relative to the specified control program.

Работа механизма 14 точных перемещений заключается в том, чтобы несмотря на ошибки местоположения и пространственной ориентации узла печати 3 устройство печати 10 имело требуемое пространственное положение и ориентацию в пространстве и в конечном счете фильеры 11 двигались по заданным линиям печати с требуемой точностью.The operation of the fine movement mechanism 14 is to ensure that, despite errors in the location and spatial orientation of the printing unit 3, the printing device 10 has the required spatial position and orientation in space and, ultimately, the dies 11 move along the predetermined printing lines with the required accuracy.

Представленные на фиг. 6а, 6б и 6в варианты исполнении механизма 14 точных перемещений имеют различную сложность исполнения и соответственно могут компенсировать неточность движения узла печати 3 в различной степени.Shown in FIG. 6a, 6b and 6c versions of the mechanism 14 of precise movements have different complexity and, accordingly, can compensate for the inaccuracy of the movement of the printing unit 3 to varying degrees.

Вариант исполнения механизма 14 точных перемещений вариант исполнения фиг. 6а компенсирует угловые отклонения узла печати 3 относительно двух взаимно перпендикулярных горизонтальных осей, то есть горизонтальность расположения узла печати 3. An embodiment of the fine movement mechanism 14; the embodiment of FIG. 6a compensates for angular deviations of the print unit 3 relative to two mutually perpendicular horizontal axes, that is, the horizontal position of the print unit 3.

Вариант исполнения механизма 14 точных перемещении вариант исполнения фиг. 6б компенсирует угловые отклонения узла печати 3 относительно двух взаимно перпендикулярных горизонтальных осей, и неточность его расположения по высоте. An embodiment of the fine displacement mechanism 14; the embodiment of FIG. 6b compensates for the angular deviations of the print unit 3 relative to two mutually perpendicular horizontal axes, and the inaccuracy of its location in height.

Вариант исполнения механизма 14 точных перемещении вариант исполнения 6в компенсирует как отклонения местоположения узла печати в пространстве, так и его пространственную ориентацию.The embodiment of the precise movement mechanism 14, the embodiment 6c, compensates for both the deviations in the location of the print unit in space and its spatial orientation.

Входящий в узел печати 3 механизм 13 поворота может дополнительно исправлять ошибку ориентации узла печати 3 относительно вертикальной оси вращения, что актуально для вариантов исполнения узла печати 3 с применением механизма 14 точных перемещений исполнения фиг. 6а и 6б.The rotation mechanism 13 included in the printing unit 3 can additionally correct the error in the orientation of the printing unit 3 relative to the vertical axis of rotation, which is relevant for the versions of the printing unit 3 using the precise movement mechanism 14 of FIG. 6a and 6b.

Линейный модуль 24 горизонтальных перемещений при движении фильеры 11 может дополнительно компенсировать неточность расположения узла печати 3.The linear module 24 of horizontal movements during the movement of the die 11 can additionally compensate for the inaccuracy of the location of the printing unit 3.

Линейный модуль 27 вертикальных перемещений может компенсировать неточность расположения узла печати 3 по высоте.Linear module 27 vertical movement can compensate for the inaccuracy of the position of the print unit 3 in height.

Механизм 14 точных перемещений исполнения фиг. 6а производит перемещение зубчатого колеса 35 путем согласованного движения двух входящих в него линейных актуаторов 40. Величины перемещений каждого линейного актуатора 40 рассчитываются исходя из требуемой величины угловой скорости и угла поворота зубчатого колеса 35. В результате перемещений зубчатое колесо 35 получает вращательные движения в двух степенях свободы по горизонтали относительно несущей рамы 12 (фиг. 3б), то есть исправляет ошибку пространственной ориентации устройства печати 10, связанную с неточностью ориентации узла печати 3 по двум горизонтальным взаимно-перпендикулярным осям вращения. The fine movement mechanism 14 of FIG. 6a moves the gear 35 by coordinated movement of the two linear actuators 40 included in it. The displacement values of each linear actuator 40 are calculated based on the required angular velocity and the angle of rotation of the gear 35. As a result of the movements, the gear 35 receives rotational movements in two degrees of freedom horizontally relative to the carrier frame 12 (Fig. 3b), that is, corrects the error in the spatial orientation of the printing device 10 associated with the inaccuracy of the orientation of the printing unit 3 along two horizontal mutually perpendicular rotation axes.

Механизм 14 точных перемещений исполнения фиг. 6б производит перемещение зубчатого колеса 35 путем согласованного движения всех трех входящих в него линейных актуаторов 40. Величины перемещений каждого линейного актуатора 40 рассчитываются исходя из требуемой величины угловой скорости и угла поворота зубчатого колеса 35. В результате перемещений зубчатое колесо 35 получает линейное перемещение по вертикальной оси и вращательные движения по двум горизонтальным осям относительно несущей рамы 12 (фиг. 3б), исправляет ошибку пространственной ориентации устройства печати 10, связанную с неточностью ориентации узла печати 3 по вертикальной оси координат и относительно двух горизонтальных взаимно-перпендикулярных осей вращения. The fine movement mechanism 14 of FIG. 6b moves the gear wheel 35 by coordinated movement of all three linear actuators 40 included in it. The displacement values of each linear actuator 40 are calculated based on the required angular velocity and the angle of rotation of the gear wheel 35. As a result of the movements, the gear wheel 35 receives a linear movement along the vertical axis and rotational movements along two horizontal axes relative to the supporting frame 12 (Fig. 3b), corrects the spatial orientation error of the printing device 10 associated with inaccuracies in the orientation of the printing unit 3 along the vertical coordinate axis and relative to two horizontal mutually perpendicular rotation axes.

Механизм 14 точных перемещений исполнения фиг. 6в производит перемещение зубчатого колеса 35 путем согласованного движения всех шести входящих в него линейных актуаторов 40. Величины перемещений каждого линейного актуатора 40 рассчитывается исходя из требуемой величины угловой скорости и угла поворота зубчатого колеса 35. В результате перемещений зубчатое колесо 35 получает линейные перемещения по трем осям и вращательные движения в трех степенях свободы, встает на заданную точку в пространстве и приобретает требуемую пространственную ориентацию в пространстве, то есть исправляет ошибку пространственной ориентации устройства печати 10, связанную с неточностью ориентации узла печати 3. The fine movement mechanism 14 of FIG. 6c moves the gear wheel 35 by coordinated movement of all six linear actuators 40 included in it. The displacement values of each linear actuator 40 are calculated based on the required angular velocity and the angle of rotation of the gear wheel 35. As a result of the movements, the gear wheel 35 receives linear displacements along three axes and rotational movements in three degrees of freedom, stands at a given point in space and acquires the required spatial orientation in space, that is, corrects the spatial orientation error of the printing device 10 associated with the inaccuracy of the orientation of the printing unit 3.

Таким образом, механизм 14 точных перемещений исполнения фиг. 6в производит наиболее полную корректировку ошибки позиционирования и пространственной ориентации печатающего устройства 10 узла печати 3. Механизмы 13 точных перемещений поз. 6а и 6б обеспечивают соответственно корректировки пространственную ориентацию по двум осям, кроме вертикальной оси (фиг. 6а) и по вертикальной оси и пространственной ориентации по двум осям, кроме вокруг вертикальной оси. (фиг. 6б).Thus, the fine movement mechanism 14 of FIG. 6c makes the most complete correction of the positioning error and spatial orientation of the printing device 10 of the printing unit 3. Mechanisms 13 of precise movements pos. 6a and 6b provide, respectively, adjustments for spatial orientation along two axes, except for the vertical axis (Fig. 6a) and along the vertical axis, and spatial orientation along two axes, except around the vertical axis. (Fig.6b).

В варианте исполнения строительного 3D принтера фиг. 8 с узлом печати 3, содержащем емкость 44 для строительного раствора (фиг. 7а) подача строительного раствора на фильеры 11 осуществляется аналогично насосами 16, производительность которых для каждой фильеры 11 задается двигателями 18. Также возможно введение дополнительных компонентов строительного раствора из емкости 19 насосами 20. In the embodiment of the construction 3D printer of FIG. 8 with a printing unit 3 containing a container 44 for mortar (Fig.7a), the supply of mortar to the nozzles 11 is carried out similarly to pumps 16, the capacity of which for each die 11 is set by motors 18. It is also possible to introduce additional components of the mortar from the tank 19 by pumps 20 ...

Отличие работы строительного 3D принтера вариант исполнения фиг. 8 от варианта исполнения фиг. 1 является необходимость периодической заправки емкости 44 для строительного раствора узла печати 3 (фиг. 7а). Для этого после израсходования строительного раствора из емкости 44 (определяется датчиками веса (не показаны) или другим способом) управляющая программа подводит узел печати 3 к устройству 47 заправки емкости 44 строительного раствора. Устройство 47 заправки емкости 44 строительного раствора выставляет сливной патрубок 49 (фиг. 9) выше уровня емкости 44 строительного раствора. Когда емкость 44 строительного раствора окажется под сливным патрубком 49, устройство 5 подготовки и подачи строительного раствора подает строительный раствор. Подача завершается после заполнения емкости 44 строительного раствора, которое определяется датчиками веса (не показаны) емкости 44. Затем узел печати 3 уходит на точку, в котором была прервана печать для продолжения работы. The difference between the work of a construction 3D printer, the embodiment of Fig. 8 from the embodiment of FIG. 1 is the need for periodic refilling of the mortar container 44 of the printing unit 3 (FIG. 7a). To do this, after the mortar from the container 44 is consumed (determined by weight sensors (not shown) or in another way), the control program brings the printing unit 3 to the device 47 for filling the container 44 with the mortar. The device 47 for filling the mortar container 44 exposes the drain 49 (FIG. 9) above the level of the mortar container 44. When the mortar container 44 is under the drain 49, the mortar preparation and supply device 5 supplies the mortar. The feeding ends when the mortar container 44 is full, which is sensed by weight sensors (not shown) of the container 44. The print unit 3 then moves to the point at which printing was interrupted to continue operation.

В строительном 3D принтере варианта исполнения фиг. 10 после израсходования строительного раствора из легкосъемной емкости 44 (фиг.7б), определяемого датчиками веса (не показаны) или другим способом емкости 44, управляющая программа подводит узел печати 3 к устройству 50 заправки и замены лёгкосъёмной емкости 44 строительного раствора. Подъемник 52 (правая на фиг. 11) с помощью кронштейнов 53 с установленными на них опорами-ловителями 46 захватывает легкосъемную емкость 44 за цапфы 45 и поднимает в верхнее положение. Неточность взаимного положения емкости 44 и подъемника 52 компенсируется работой опор-ловителей 46. Узел печати 3 переводится под другой подъемник 52 (слева на фиг. 11), который опускает заправленную сменную легкосъемную емкость 44 строительного раствора на опоры-ловители 46, расположенные на узле печати 3. Тележка опускается вниз настолько, чтобы цапфы 45б освободились от расположенных на кронштейнах 53 опорах-ловителях 46. Затем узел печати 3 уходит на точку, в которой была прервана печать для продолжения работы. In the construction 3D printer of the embodiment of FIG. 10 after consumption of the mortar from the easily removable container 44 (Fig.7b), determined by weight sensors (not shown) or in another way of the container 44, the control program brings the printing unit 3 to the device 50 for filling and replacing the easy-to-remove container 44 of the mortar. The hoist 52 (right in Fig. 11) with the help of brackets 53 with installed on them support-catchers 46 grabs the easily removable container 44 by the pins 45 and lifts it to the upper position. The inaccuracy of the mutual position of the container 44 and the lift 52 is compensated for by the operation of the catches 46. The printing unit 3 is transferred under another lift 52 (on the left in Fig. 11), which lowers the filled, replaceable, easily removable container 44 of mortar onto the catches 46 located on the printing unit 3. The cart is lowered down so that the pins 45b are released from the support-catchers 46 located on the brackets 53. Then the print unit 3 goes to the point at which the printing was interrupted to continue the work.

Таким образом, конструкция принтера позволяет реализовать способ печати, при котором узел печати 3 движется по линии, которая обусловлена формой печатаемого объекта, при этом фильеры 11 совершают движение в узле печати 3.Thus, the design of the printer makes it possible to implement a printing method in which the printing unit 3 moves along a line that is determined by the shape of the printed object, while the dies 11 move in the printing unit 3.

Размещение фильер 11 на разных высотах позволяет производить печать одновременно на нескольких уровнях. Placing dies 11 at different heights allows printing simultaneously on several levels.

Отсечка строительного раствора при проведении печати позволяет прерывать процесс печати на заданное время одной из фильер 11, то есть позволяет производить печать меньшим количеством фильер 11.Cutting off the mortar during printing allows the printing process to be interrupted for a specified time by one of the dies 11, that is, it allows printing with a smaller number of dies 11.

Представленные технические решения позволяют повысить точность печати, производительность выполнения строительных работ и снижает массу конструкции строительного 3D принтера и его установленную мощность.The presented technical solutions make it possible to increase the accuracy of printing, the productivity of construction work and reduce the weight of the construction of a construction 3D printer and its installed capacity.

Claims (17)

1. Строительный 3D принтер, содержащий опоры, узел печати, подвешенный на опорах с помощью тросов, лебедки управления длинами тросов и устройство подготовки и подачи строительного раствора, отличающийся тем, что узел печати содержит печатающее устройство с не менее чем двумя фильерами, каждая из которых установлена на собственный механизм линейного перемещения.1. A construction 3D printer containing supports, a printing unit suspended on supports using cables, a cable length control winch and a device for preparing and supplying mortar, characterized in that the printing unit contains a printing device with at least two dies, each of which installed on its own linear movement mechanism. 2. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что печатающее устройство установлено на механизм поворота печатающего устройства.2. Construction 3D printer according to claim. 1, characterized in that the printing device is installed on the mechanism of rotation of the printing device. 3. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что печатающее устройство установлено на несущую раму с помощью механизма точных перемещений печатающего устройства.3. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the printing device is installed on the supporting frame using the mechanism of precise movements of the printing device. 4. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что печатающее устройство оснащено датчиками местоположения и ориентации в пространстве.4. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the printing device is equipped with position and orientation sensors in space. 5. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что печатающее устройство может содержать установленные на собственный привод линейного перемещения компенсирующие грузы.5. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the printing device may contain compensating weights installed on its own linear drive. 6. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что фильеры выполнены легкосъемными.6. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the dies are easily removable. 7. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что узел печати содержит по меньшей мере одну емкость. 7. Construction 3D printer according to claim. 1, characterized in that the printing unit contains at least one container. 8. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что узел печати содержит емкость для строительного раствора, которая может быть легкосъемной.8. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the printing unit contains a container for mortar, which can be easily removable. 9. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что содержит устройство заправки емкости для строительного раствора узла печати.9. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that it contains a device for filling a container for a mortar of the printing unit. 10. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что содержит устройство заправки и замены емкости для строительного раствора узла печати.10. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that it contains a device for refueling and replacing a container for mortar of the printing unit. 11. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что устройство подачи строительного раствора содержит насос подачи строительного раствора, выход которого соединен с предохранительным или управляемым клапаном для сбрасывания излишков строительного раствора обратно в бункер.11. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the mortar supply device comprises a mortar supply pump, the outlet of which is connected to a safety or controlled valve for dumping excess mortar back into the hopper. 12. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что насосы подачи строительного раствора могут быть соединены непосредственно с фильерами, которые они питают.12. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the pumps for supplying mortar can be connected directly to the nozzles that they feed. 13. Строительный 3D принтер по п. 1, отличающийся тем, что насосы строительного раствора выполнены объемными и снабжены индивидуальными регулируемыми приводами. 13. Construction 3D printer according to claim 1, characterized in that the pumps of the mortar are volumetric and equipped with individual adjustable drives. 14. Способ печати объекта с помощью строительного 3D принтера по любому из пп. 1-13, в котором узел печати движется с помощью тросов, длины которых управляются лебедками, характеризующийся тем, что объект печатают по уровням печати и линиям печати, определенным для каждого уровня, при этом узел печати движется с минимальным изменением направления движения по траектории, которая обусловлена формой печатаемого объекта, а установленные на печатающем устройстве узла печати фильеры совершают движения согласно линиям печати.14. A method of printing an object using a construction 3D printer according to any one of paragraphs. 1-13, in which the print unit moves with the help of cables, the lengths of which are controlled by winches, characterized in that the object is printed according to print levels and print lines defined for each level, while the print unit moves with minimal change in direction of movement along a trajectory that is determined by the shape of the printed object, and the dies installed on the printing device of the printing unit move according to the printing lines. 15. Способ печати объекта по п. 14, отличающийся тем, что одновременно может производиться печать на нескольких уровнях. 15. A method for printing an object according to claim 14, characterized in that printing on several levels can be performed simultaneously. 16. Способ печати объекта по п. 14, отличающийся тем, что производительность каждой фильеры задается в зависимости от скорости ее перемещения и площади поперечного сечения ее выходного отверстия. 16. The method of printing an object according to claim 14, characterized in that the productivity of each die is set depending on its speed of movement and the cross-sectional area of its outlet. 17. Способ печати объекта по п. 14, отличающийся тем, что по меньшей мере часть фильер могут прерывать подачу строительного раствора.17. The method of printing an object according to claim 14, characterized in that at least part of the nozzles can interrupt the supply of mortar.

Images