自動製造礫巖結構的改進方法及其設備的製作方法

2023-05-24 07:04:46 2

專利名稱：自動製造礫巖結構的改進方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築業領域，更準確地，涉及一種自動製造建築結構及其它磚石構造的方法，特別是具有仿石物理和機械屬性的結構。另外，本發明涉及一種適於實施該方法的設備。
背景技術：
專利申請PI2005A000031中描述了一種熟知的自動建造礫巖結構特別是建築物 的方法。該方法通過同一文獻所述的一種計算機輔助設備實施，其具有可沿三個軸的方法 移動的部分，其中一個軸是垂直的；該設備適用於鋪設惰性粒狀材料和液體粘結材料—— 特別是環氧樹脂或聚氨酯樹脂——的輪換層，在各層的預定點處產生仿石區。所以工序在 確定封閉外周的側壁內實施。該方法的缺點在於需要在鋪設仿石區前建造側壁並在硬化後拆卸側壁，由於壁重 量和負擔，所以需要相應的勞動和運輸費用。另外，側圍壁(containing side wall)按照其間可以內嵌結構的最大體積設計， 因此所需粒狀材料體積通常遠大於必須，從而增加了供應和搬運費用，以及不使用的粒狀 材料的清除費用。此外，建造工序期間，特別是其結束時，由於未粘合粒狀材料，流體靜力式壓力作 用於側壁上，這要求設備結構元件的複雜性和堅固設計以承受產生的負載。適合用作粘合劑的環氧樹脂或聚氨酯樹脂由於製造和廢物處理原因而不是環境 優選的；另外，其導致目標產品易燃，並釋放有毒廢氣和蒸汽，特別是在著火時。樹脂也要求精確的粘合劑粒狀材料比，這顯著增加鋪設粘合劑所使用的噴頭的制 造費用；另外，樹脂需要正確和頻繁的保養和清潔工作，並需要定期更換粒狀材料與粘合劑 混合處的噴頭部件。使用樹脂作為粘合劑的另一缺點在於產生的礫巖的彈性模量低，這可造成結構承 載部件的可變形性過大，如彎曲和拉伸變形性。

發明內容
本發明對上述自動製造建築結構和整體磚瓦構造的方法提出了一些重要改進和 創新，以減少圍壁需要粒狀材料有關的問題，從而提高實際中該方法的有效性。本發明的另一特徵是提供在仿石礫巖材料，即在這樣的材料一其微晶結構如此 以致於物理和機械特性與相應礦物特性為相同數量級一中獲得該結構與整體磚瓦構造 的方法，本發明的又一特徵是提供在材料——其拉伸極限應力和彈性模量可使所獲目標 同時適度堅硬並輕於根據現有工藝的方法所獲目標一中獲得該結構與整體磚瓦構造的 方法。本發明的另一特徵是提供也允許相關節省粒狀材料的方法。
本發明的又一特徵是提供不使用有毒或易燃產品以獲得防火目標的方法。本發明的另一特徵是提供自動製造礫巖結構的設備，所述設備在處於拆開狀態時 具有可輕鬆重置至遙遠或不讓進入的建築場地的總尺寸。這些及其它目標通過自動建築礫巖結構的方法實現，該方法的特徵在於其包括下 述步驟_通過計算機輔助設計(CAD)軟體，特別是通過表面或實體建模CAD軟體，以計算 機輔助的方式建模建築物或其它磚瓦構造的結構，因而獲得所述結構的模型，所述模型存 儲於計算機存儲器的文件內；-通過所述CAD軟體建模繞所述建築物結構的圍殼 ，從而獲得所述圍殼的模型，所 述模型存儲於所述計算機存儲器的文件內；-從所述結構的所述模型與所述圍殼的所述模型提取多個水平剖面上的多個平面 橫截面，所述剖面以預設的垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應所述剖面中 所述結構與所述圍殼的填充部分和空白部分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排序；-預先安排移動單元滑行的固定框架，所述移動單元適於交替澆注粒狀材料層和 以液體形式噴塗粘合材料於所述粒狀材料層上；-通過所述移動單元澆注所述粒狀材料的第一均質水平層，所述第一層的厚度與 所述預設的垂直間距相關；_通過所述移動單元噴塗預定量的所述粘合材料於所述粒狀材料的所述第一層 上，所述噴塗限於第一平面橫截面的所述填充區；-根據所述垂直間距，相對於所述固定框架垂直提升所述移動單元；-澆注粒狀材料的第二均質水平層於所述第一層上，並噴塗預定量的粘合材料於 所述第二層上，所述噴塗限於第二橫截面的所述填充區；-重複澆注所述粒狀材料的所述步驟，並重複噴塗預定量粘合材料於各橫截面的 所述填充區的所述步驟，直至完成最後一層，從而獲得相應於所述建築物或其它磚瓦構造 結構的至少一個整體主體、以及相應於所述圍殼的至少一個整體主體，其中內部空白間隔 由鬆散的粒狀材料填充；-拆除所述圍殼並去除所述鬆散粒狀材料，獲得所述建築物或其它磚瓦構造結構。相對上述現有技術系統，根據本發明，所述圍殼的模型併入所述結構的模型，從而 產生一個CAD文件，之後從該文件獲得水平剖面上的橫截面。使用該CAD文件，可啟動移 動單元以澆注建築物或其它磚瓦構造結構的層與圍殼層。圍殼與結構一起建造，起保持和 容納在各橫截面空白區處澆注的未粘合的鬆散粒狀材料的作用。澆注最後一層即最高層 後，且粘合材料硬化後，可拆毀圍殼，並去除所獲結構內遺留的未粘合的粒狀顆粒。這樣，通 過顯著的成本和時間節約操作，不必運載較大圍壁並在建築工序開始前在建築場地組裝圍 壁，且不必在結構建造後立即拆除圍壁。另外，由於根據本發明的方法，在表面上鋪設的粒狀材料不必與現有技術設備的 側壁剖面一樣寬。相反，覆層必須稍寬於待建造結構的剖面，從而節約粒狀材料且操作更靈 活。該方法可通過不包括較大較重的圍壁的設備啟動，這有助於運輸設備至位於不讓 進入的、遙遠或無人居住地點的建築場地。
全工序自動化也有助於實施上述方法。特別地，為了執行根據所述結構與所述圍 殼的模型澆注所述粒狀材料的所述步驟與噴塗所述粘合材料的所述步驟，提供了計算用於 啟動所述移動單元的程序矩陣的計算步驟。該移動單元具有多個電動閥，用於打開和關閉 各分配噴嘴，所述打開與關閉由根據所述程序矩陣操作的控制裝置執行。優選地，粒狀材料通過安排於所述移動單元上的細長料鬥均勻分配至各層，所述料鬥具有窄長可調開口。有利地，提供了施壓於所述粒狀材料的各均質層的步驟，特別是通過與所述移動單元相關的施壓元件施壓，所述施壓元件適於施加預定壓力於所述粒狀材料的所述均質 層，所述施壓優選在所述粘合材料噴塗於各層前進行。有利地，所述圍殼具有垂直和傾斜部分，其橫截面形成選自下述的閉合形狀，包括-規則幾何形狀；-不規則幾何形狀；-與所述結構剖面外形輪廓相符的形狀，所述形狀設置於所述剖面相隔預定最小距離處。特別地，所述粘合材料是雙組分無機粘合材料，包括-由移動單元噴塗的液體成分；-催化劑。優選地，所述液體成分包含無機物質，特別是氯化物。有利地，所述液體成分與所述催化劑的接觸是在澆注層發生，而不是在移動單元內發生。這樣，避免了所述移動單元的清潔和保養問題，因為沒有催化劑的液體成分不會結 成網狀。有利地，所述催化劑是粉末固體，分散於粒狀材料之中，形成混合物。特別地，催化劑的粒度細於所述粒狀材料的粒度。這有助於增加所獲礫巖的硬度， 因為所述催化劑的顆粒部分地填充形成粒狀材料的顆粒間存在的空間。有利地，液體成分具有降低的粘度，特別是設定在1 X 10_3Ns/m與2 X 10_3Ns/m之間 的粘度值。另外，液體成分具有高表面張力，特別是設定於0. 07N/m和2N/m之間的表面張 力值。這使得移動單元的分配噴嘴根據控制單元的輸入信號的打開和關閉速率快。有利 地，所述粒狀材料，例如毛石具有設定在0. Olmm和65mm之間的粒度。粒度設定於該寬限度 內的材料一般從其中可設置建造場地的任何地方附近輕鬆獲得；另外，可由石灰石渣或採 石場廢料獲得。有利地，所述催化劑包含金屬氧化物。這樣，粒狀材料在催化反應期間不會不起化 學作用，相反將積極並深入地參與到反應中。因此，通過該方法所獲材料不是普通的混凝土 材料，即其中惰性顆粒稍微粘合在一起的低抗張材料；相反，因微晶結構堅固，其是顯示高 硬度和高抗張強度的類似礦物的材料。另外，催化反應如此快速以致使礫巖在短時間內硬化，並在數小時內獲得接近最 終抗張強度的抗張強度，從而加快結構的建造。有利地，提供了添加高抗張強度增強纖維至所述粒狀材料和所述催化劑的所述混合物中的步驟，所述增強纖維選自下組-玻璃纖維；-碳纖維；-尼龍纖維。這樣，通過該方法獲得的礫巖具有擴散的抗張強度和高的硬度，其彌補了粘合材料可能的低抗張強度或可能的低彈性模量。有利地，提供了鋪設硬的耐氯化物腐蝕材料例如Kevlar纖維或碳纖維的網的步驟，用於在建造如寬跨樓層的等結構時加固礫巖。有利地，根據水平面內所述移動單元的預定路徑實施所述噴塗步驟，所述路徑包 括縱向噴塗衝程。如果噴嘴在移動單元上沿直線排列且隔開一定間距，在該衝程過程中，粘 合材料沿以一定距離相互隔開的線澆注，該距離不能小於噴嘴尺寸確定的最小值。為克服 這一限制，所述縱向噴塗衝程之後可進行至少一個進一步地、逆向縱向噴塗衝程，在所述逆 向衝程之前所述移動單元進行橫向變位運動。然後噴塗材料所沿各線間距離可以保持和要 求的一樣小；該方法的優選實施例在第一方向提供了一個或兩個衝程，在與該反向方向相 反的第二方向提供了相應衝程。可選地，沿粒狀材料層的整個寬度或所述寬度的大部分，通過沿所述移動單元相 互鄰近排列的多個噴嘴實施所述噴塗步驟。特別地，所述預定量粘合材料是這樣的以便粘合材料滲透所述填充區至少一部分 中的整個覆層厚度，所述部分選自下述_所述填充區輪廓，其產生具有預定厚度以實現結構穩定性要求的外皮；_所述填充區內交叉圖案，其形成存在未粘合粒狀材料的凹槽，-其組合。這樣，產生了預定厚度符合靜態要求的的區域，且可配有凹槽內含有可被清空的 未粘合材料的內部分區，這在如需建造圓頂、支柱、孔壁、拱頂等輕型結構時是實用的。有利地，通過經穿過結構下部製成的孔抽取所述未粘合粒狀材料來清空所述凹 槽。特別地，所述孔可在結構建造工序的結束時或結構建造期間製造。根據本發明的另一特徵，一種自動建造礫巖結構的設備，特徵在於其包括-加載含有CAD模型的文件的裝置，所述CAD模型包括建築物或其它磚瓦構造結構 的模型、以及繞所述建築物或所述結構待建造的圍殼的模型；-從所述CAD提取多個水平剖面上的多個平面橫截面的裝置，所述剖面以預設的 垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應所述結構與所述圍殼的填充部分和空白 部分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排列；-移動單元滑行的固定框架，特別是具有滑行在水平導架上的橋架的橋式起重單 元；-適於承載所述水平導架並用於根據所述預定垂直間距垂直移動所述水平導架的 升降裝置；-澆注粒狀材料層的澆注裝置，所述粒狀材料層的厚度與所述預設的垂直間距相 關，所述澆注裝置與所述移動單元相聯；-將所述粘合材料噴塗在各剖面所述填充區的所述各粒狀材料層上的噴塗裝置，所述填充區包括所述建築物或其它磚瓦構造結構的部分以及所述圍殼的部分，所述噴塗裝 置與所述移動單元相聯。有利地，所述移動單元沿橋架滑行，所述移動單元基本根據預定路徑在水平面內 移動。有利地，所述澆注裝置包括料鬥。特別地，所述移動單元包括多個分配粘合材料的噴嘴，所述噴嘴類似矩陣按多行 多列排列，特別地，所述噴嘴相互獨立啟動。特別地，所述矩陣的所述行相互隔開一定距離，以形成基本等於各噴嘴覆蓋的噴 印寬度的總距離。這避免了因噴嘴尺寸，通過防止噴嘴供應的粘合材料與相鄰噴嘴已噴塗 的粘合材料重疊，而不均勻分配粘合材料。
有利地，所述噴嘴由各自的計量裝置，特別是各自的容積計量裝置進料。優選地，所述升降裝置包括-所述導架各端的立柱；-沿各立柱移動的滑塊；-適於沿所述立柱移動所述滑塊的升降裝置。有利地，所述導架屬於水平框架。有利地，所述水平框架的所述升降裝置包括至少一個垂直立柱，特別地，所述水平 框架外周各角一個垂直立柱，特別地，如果是具有矩形外周的水平框架，則是四個立柱。特別地，所述升降裝置包括步進電動機，每步等於所述預定垂直間距。 可選地，所述升降裝置包括線性傳動器，例如電子或液壓線性傳動器，其根據所述 預定垂直間距逐步操作，所述傳動器與多個可插入所述立柱各橫貫孔/可從所述立柱各橫 貫孔抽出的銷相聯。有利地，所述設備包括多個側圍元件(containing side element)，或「邊圍 (skirt)」，所述邊圍外部圍繞所述圍殼(containing shell)，所述邊圍與所述水平框架成 整體，其中建造所述圍殼時，所述邊圍刮擦所述圍殼外表面，並聚集落在所述圍殼外側的粒 狀材料。特別地，所述邊圍包括基本水平部分或朝向所述粒狀材料圍殼傾斜的部分和在所 述圍殼硬化期間穩定所述圍殼的基本垂直部分。更詳細地，與所述水平框架為整體的所述 邊圍刮擦所述圍殼外表面，聚集澆注在圍殼外的粒狀材料。根據本發明的另一特徵，上述目標是通過自動建造礫巖結構的方法實現的，該方 法的特徵在於包括以下步驟-通過CAD軟體特別是通過表面或實體建模CAD軟體，以計算機輔助的方式建模建 築物結構，因而獲得所述結構的模型，所述模型存儲於計算機存儲器的文件內；-從所述結構的所述模型提取多個水平剖面上的多個平面橫截面，所述剖面以預 設的垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應於所述剖面中所述結構的填充部分 和空白部分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排列；-預先安排移動單元滑行的固定框架，所述可移動單元適於交替澆注與粉末形式 催化劑均勻混合的粒狀材料層，所述可移動單元適於根據所述結構的所述填充區噴塗液體 形式的粘合材料於所述粒狀材料層上；
-通過所述移動單元澆注與所述粉末形式催化劑均勻混合的所述粒狀材料的均質 的水平的第一層，所述第一層的厚度與所述預設的垂直間距相關；-通過所述移動單元噴塗適於與所述粉末形式催化劑發生化學反應的液體成分的 第一層於所述粒狀材料的所述第一層上，所述噴塗限於第一剖面的所述填充區；
-根據所述垂直間距相對於所述固定框架垂直提升所述移動單元，以形成另一層 所述粒狀材料和所述粘合材料；-重複澆注所述粒狀材料和所述催化劑的所述步驟並重複在所述澆注的粒狀材料 和所述催化劑上噴塗所述液體成分於所述填充區的步驟，重複次數等於所述結構被劃分的 平面橫截面數，所述次數的每一次進行不同和連續的剖面，直至完成最後一層；-去除未粘合粒狀材料，釋放所獲礫巖結構，準確複製所述建模結構。根據本發明的又一特徵，上述目標是通過自動建造礫巖結構的方法實現的，該方 法包括以下步驟-通過CAD軟體特別是通過表面_或實體建模CAD軟體，以計算機輔助的方式建模 建築物結構，因而獲得所述結構的模型，所述模型存儲於計算機存儲器的文件內；-從所述結構的所述模型提取多個水平剖面上的多個平面橫截面，所述剖面以預 設的垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應於所述剖面中所述結構的填充部分 和空白部分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排列；-預先安排移動單元滑行的固定框架；-通過所述移動單元澆注所述粒狀材料的均質水平的第一層，所述第一層的厚度 與所述預設的垂直間距相關；-通過所述移動單元噴塗第一層液體成分於所述粒狀材料的所述第一層上，所述 噴塗限於第一剖面的所述填充區；-根據所述垂直間距相對於所述固定框架垂直提升所述移動單元，以形成另一層 所述粒狀材料和所述粘合材料；-重複澆注所述粒狀材料和所述催化劑的所述步驟並重複在所述澆注的粒狀材料 和所述催化劑上噴塗所述液體成分於所述填充區的步驟，重複次數等於所述結構被劃分的 平面橫截面數，所述次數的每一次進行不同的和連續剖面，直至完成最後一層；-去除未粘合粒狀材料，釋放所獲礫巖結構，準確複製所述建模結構，其中所述粘合材料是無機雙組分粘合材料，包括-含無機物質特別是氯化物的液體成分；-基於金屬氧化物的催化劑。附圖簡述結合下述示例性而非限制性的示例性實施方式的說明，參照附圖，可更清晰地理 解本發明，其中-

圖1示出了通過實體建模CAD軟體獲得的待建造的結構模型的透視圖；-圖2示出了通過實體建模CAD軟體獲得的需繞所述建築物建造的圍殼模型的透 視圖；-圖3示出了建造結束時示例性建築物和殼的透視圖；-圖4示出了圖3所示建築物和殼，根據用於逐步建造建築物的剖面順序切割，且圖4A-4C示出了圖4所示各剖面的相應礫巖填充區和含有未粘合混合物的空白區；-圖5示出了在澆注粒狀材料並噴塗粘合材料之前，根據本發明的設備的實例的 透視圖；-圖6示出了圍殼內建造礫巖建築物結構期間的該設備，其中建築物結構和圍殼均通過根據本發明的方法獲得；-圖7和8示出了兩個不同操作步驟中該設備的優選示例性實施方式的剖視圖和 透視圖；-圖9示出了根據本發明的設備的部分剖視圖，其中示出了料鬥、噴嘴、邊圍和壓 棍；-圖10示出了澆注的粒狀材料層上粘合材料的應用，其中粒狀材料中含有粉末形 式的催化劑；-圖11示出了粒狀材料層中存在的成分與催化劑相互作用的區域，如圖10所示；-圖12示出了該設備噴頭的噴嘴排列實例；-圖13示出了根據本發明的設備的可選示例性實施方式，其中噴頭整合於橋式起 重機並沿著橋架的整個長度延伸；-圖14和15分別示出了用根據本發明獲得的填充粒狀材料填充的柱的橫截面、和 具有可被清空的內部分區的橫截面，用於該結構的減重和成本降低；-圖16示出了用於根據預定間距提升水平框架的裝置實例；-圖17至21示出了通過根據預定間距提升水平框架的裝置執行的連續步驟；-圖22至25示出了用於澆注粘合材料於粒狀材料層上的噴頭的相繼衝程。
具體實施例方式如圖1至4所示，自動建造礫巖結構的方法提供了通過實體建模CAD軟體的建築 物或其它磚瓦構造結構50的計算機輔助建模操作的第一步驟，產生含有待建造的結構模 型1的文件。除結構50的模型外，本方法提供了圍繞結構50模型的圍殼51 (圖2)的計算 機輔助建模，如圖3所示。該圍殼模型2提供了敞開的上側，並且優選具有豎直的壁，例如 四個豎直的壁，使其看似包含待建造結構的箱子。圍殼51的模型可對於結構50的模型手 工繪製，或通過程序的預設功能自動繪製；特別地，圍殼與建築物隔開預定距離。該方法的下述步驟在於在從下向上排列且均勻隔開預設的垂直間距的多個水平 剖面52、53、54上提取結構50的模型和圍殼51的模型的多個水平橫截面52』、53』、54』。橫 截面包括填充區55、56和空白區57 ；填充區對應於結構56和圍殼55的模型的截面。各剖 面52、53、54因此包括沿著相應於圍殼截面輪廓的環形填充區55和環內所含相應結構截面 的一個或多個填充區56。之後，各橫截面52』、53』、54』與計算的程序矩陣——其單位各自對應於矩陣相關 的橫截面的一點——相關聯。特別地，橫截面填充區55或56的點與具有「開」值的矩陣單 位對應，而空白區57的點對應於具有「閉」值的矩陣單位。程序矩陣被送至適於實施該方 法上述步驟並自動獲得圖1至4圖解所示發熱礫巖結構的根據本發明的設備。如下文所述及圖5至9圖解所示，該設備交替澆注粒狀材料層和液體粘合材料，前 者澆注於整個工作區，後者僅噴塗於各剖面的填充區55和56。例如，粘合材料是包括含無機物質特別是氯化物的液體成分和基於金屬氧化物的催化劑的雙組分無機粘合材料。上述澆注可通過驅動包括根據預定行列數排列的多個噴嘴20的噴頭3實施。該設備的結構包括4個立柱4，其可以適當方式固定於地面；立柱支承具有側梁 41-44的矩形水平框架1。框架1通過導架9連接至立柱4，以允許框架1按照預定垂直間 距平移，待澆注的粒狀材料層厚度與該預定垂直間距相關；厚度被選擇為優化粘合材料滲 入剛澆注的粒狀材料層的深度。各粒狀材料層的厚度等於兩個連續剖面間的垂直間距，這樣可準確複製模型。對 於結構50和圍殼50模型各剖面，從最下向最上層，重複澆注惰性粒狀材料層和噴塗預定量 粘合材料於剖面填充區55、56的步驟。噴塗預定量粘合材料於剖面步驟完成後，水平框架1提升上述間距。這樣，對所有 剖面重複上述步驟，獲得硬化的圍殼結構5，內側包含建築物結構6，埋在填充圍殼5的大量 未粘合粒狀材料7裡。垂直平移運動可通過包括索道傳輸架的機電伺服機構(electromec hanicalservomechanism) 13 實現。可選地，如後文參照圖16至21所述，提供了電動線性傳動器，其步進工作，每一步 等於預定垂直間距，並且與多個可插入立柱4內製成的相應橫貫孔105/可從立柱4內製成 的相應橫貫孔105抽出的銷107相聯。安裝於框架1的橋式起重機2可平行於側梁41-44滑動。橋式起重機2上設有料 鬥26，在橋式起重機2移動期間提供相同厚度層內包含的「混合物」(圖9)。一行或多行噴嘴20排列於橋式起重機2上，以根據預定圖案噴塗粘合材料。每個 噴嘴20具有由計算機獨立於其它噴嘴的閥控制的電磁開關閥。在圖13和22所示優選示例性實施方式中，噴嘴20沿移動單元3上單排排列，隔 開預定距離；該距離不能超過噴嘴的橫向尺寸。在此情況下，根據移動單元的預定路徑在 水平面內執行粘合材料的噴塗。該路徑始終包括平行於縱軸X(圖23)的至少一噴塗衝程 (圖24)；該衝程後可進行平行於同一X軸並按照X軸的方向及其反方向交替定向的另一噴 塗衝程。在此情況下，所述移動單元的運動d2(圖24)在任何後續噴塗衝程前在橫向y的 方向上進行。在第一衝程過程中，粘合材料沿相隔間距d的線201澆注，間距d不能小於噴 嘴20尺寸相關的最小值。噴塗粘合材料所沿線201之間的距離隨後被保持為和要求的一 樣小，特別地，它們可設定為間距d的二分之一或四分之一。框架1具有在橋式起重機2下方且環繞整個圍殼5的擱板即壁架或邊圍10 ；邊圍 10的位置與澆注層17的垂直距離16 (圖19)使得已澆注粘合材料的所有下層7已經硬化， 因此可承受上層的重量。邊圍10是要聚集橋式起重機前次衝程過程中澆注且超出已硬化至預定程度的 圍殼部分5輪廓邊緣的仍未粘合的粒狀材料混合物21。混合物在邊圍10上堆積，斜度垂 直於重力與相切摩擦力的合力，直至通過邊圍外緣的適當開口落下，形成繞圍殼5的料堆 (heap)23。移動的圍護元件(containing element) 24是要刮擦並避免混合物在邊圍10和已硬化的圍殼5的外壁間滲漏。因此，不需要特別的模殼來圍住粒狀材料，實現上述優點。建造結束時，去除未粘合的粒狀材料7，拆毀圍殼5，露出所獲建築物結構6。
綜上所述，噴頭3沿橋架2平行於χ軸滑行，從而以預定方式噴塗粘合材料。噴嘴 20(圖9)僅在剖面填充區打開。水平框架1按照預定垂直間距以如箭頭12所示垂直方向 Z移動。特別地，水平框架1沿四個立柱4垂直滑行。這樣，通過縱向和橫向噴頭3的組合 運動，獲得水平面如XY內的運動，而框架的垂直運動提供了第三坐標Z。圖7、8和9示出了根據本發明的設備的可能的示例性實施方式，其中立柱4、水平框架1和橋架2由桁架製成。圖9示意性示出了根據本發明的設備的局部視圖。在圖9示例性實施方式中，各 立柱4以及水平框架1由具有矩形且由四根末端彼此連接的桁架組成的網狀結構形成。水 平框架1按照表示Z軸的箭頭12垂直移動。同樣由桁架組成的橋架2按照表示Y軸的箭頭11在水平框架1上滑行。噴頭3按照垂直於方向11、表示X軸的箭頭15沿橋架2水平滑行。圖9中，根據本發明的設備處於工序的中間狀態，因為其已澆注多個粒狀材料層 22，且已噴塗粘合材料在相應於結構6與圍殼5剖面填充區的各層22的填充區處。圍殼5外側存在環繞圍殼5整個外周的邊圍10，特別地，邊圍具有相應圍殼外周形 狀的開口，且與水平框架1整體形成，使得水平框架1上移時，邊圍10也上升至相應高度。 因此，如果環繞圍殼5排列的邊圍10具有鬃刷20，則在邊圍10上移時，圍殼5的外表面被 拂拭並除去粒狀材料。另外，邊圍10可操作地排列於被澆注的層17下方一定距離處，該距 離為預定間距數倍且對應於硬化區的厚度。超出圍殼5外周的多餘粒狀材料21保持在邊 圍10上，形成表面根據重力和摩擦力相互作用而自然傾斜的料堆。澆注新層時，附於下層的部分圍殼硬化，因而產生硬壁，形成一種保持粒狀材料的 後臺板(quarterdeck) ο該圍殼構造的優勢在於降低了設備成本，因為無需為粒狀材料準備圍壁。另一優 點在於顯著降低了設備的重量以及消除了硬化裝置，所述硬化裝置由於僅承載自重的橋式 起重結構尺寸減小而不必要並且不再包含粒狀材料的推力。另外，因機器負擔減小，降低了 設備運輸成本。因此，設備的組裝步驟要求的時間較短。如圖10所示，在可能的示例性實施方式中，催化劑72為粉末形式，並且與各層澆 注的粒狀材料71預先混合，而成分70為液體並具有降低的粘度值。使用粉末形式的催化 劑72有利地防止了噴嘴6阻塞；否則噴嘴6可能因催化劑與其間一起流動的成分的網狀反 應而阻塞。圖11示出了液體成分70如何通過澆注的粒狀材料71和72進行擴散。噴頭和噴 嘴6的各個衝程中，液體成分滲入澆注材料一定深度73，其設於Imm至5mm之間，特別地，設 定在2mm至4mm之間，優選設為3mm。可以有益地提供在纖維例如，玻璃纖維、碳纖維、尼龍纖維或具有適當抗拉強度的 任何纖維——圖中未示出——的粒狀材料中的最初分散。因而礫巖具有一致的抗拉強度， 從而彌補粘合材料的可能的低彈性模量或抗拉強度值，且最終目標具有高的總抗拉強度和 硬度。澆注程序需要適於跟隨兩個坐標X和Y所示任何圖案的噴頭3。另外，在圖12中，示出了輸送粘合材料的噴頭3，特別是多噴嘴噴頭的具體示例性 實施方式。該噴頭3具有矩陣型結構，所述矩陣型結構由以多行62和多列63排列的噴嘴61的矩陣60組成，其中列63相互均勻隔開一定距離，從而形成基本等於各噴嘴覆蓋的噴印寬度的總距離64。圖13示出了根據本發明的設備的可選示例性實施方式，其中噴嘴3不相對於橋架 2滑行，而是與橋架2整體形成，並延伸工作區整個長度。噴頭3和橋架2沿導架80滑行， 接著沿Y軸滑行。換句話說，噴頭3具有均勻分配於其整個長度上的多個噴嘴，且該噴嘴可 相互獨立操作，噴塗粘合材料於各剖面的填充區。圖14和15分別示出了根據本發明所獲填充有粒狀材料96的結構的橫截面95、和 具有適用於減輕粒狀材料結構96的內部分區的橫截面。因此，粘合材料可噴塗於填充區輪 廓處，並且任選地以及另外，根據上述填充區內的交叉圖案97噴塗。隨後產生厚度適當且 根據靜態要求可變的「外皮」，且其可裝備有在凹槽中含有未粘合粒狀材料的內部分區，所 述凹槽在鬆散的粒狀材料通過預先安排的卸料孔或在工序結束時製造的卸料孔清除時清 空。這一特徵允許大幅節省粘合材料，否則因粘合材料的價格將發生高額製造費用。另外，內部凹槽允許結構區域內重量沒有用或甚至不利處——例如建築物拱頂 區、突起區或頂端區的目標96的減重。因此，最終目標是得到海綿狀高強度的輕型結構。圖16示出了根據預定間距提升水平框架的有利的升降裝置100。該裝置包括二個 液壓或氣動柱塞101、102，適於在柱塞處於伸展位置時插入沿立柱垂直排列並基本水平的 各自的孔105、106和107內。兩個柱塞101和102可沿導架104相互平行平移至立柱，且 它們之間的相對平移運動通是通過平行立柱設置的升降柱塞103操作。圖17至21說明了根據澆注在各級上的粒狀材料層的厚度的垂直步進運動。圖17中，柱塞101和102分別插入相鄰孔107和106中，因而，柱塞101和102間 相對距離最小。圖18中，柱塞102抽出，且圖19中，升降柱塞103向上延伸以定位柱塞102 於孔105內。圖20中，柱塞102伸出，嚙合孔105。圖21中，在升降柱塞103抽出步驟中，柱塞 101伸出後向上平移，且當柱塞101位於孔106前時，伸出並嚙合該孔。根據概念觀點，前述具體實施方式
的說明將充分展示本發明，以便他人通過應用 當前知識，能夠為各種應用修改和/或調整該實施方式，而無需進一步研究，並且不背離本 發明。因此，應理解這些調整和修改必須視為該具體實施方式
的等效物。實現本文所述不 同功能的裝置和材料可有不同性質，而不會因此背離本發明的範圍。應理解，本文使用的措 辭和術語僅為說明目的，並非限制目的。
權利要求
一種自動建造礫巖結構的方法，特徵在於其包括下述步驟-通過CAD軟體，特別是通過表面-或實體建模CAD軟體，以計算機輔助的方式建模建築物或其它磚瓦構造結構，因而獲得所述結構的模型，所述模型存儲於計算機存儲器的文件內；-通過所述CAD軟體建模圍繞所述建築物結構的圍殼，從而獲得所述圍殼的模型，所述模型存儲於所述計算機存儲器的文件內；-從所述結構的所述模型與所述圍殼的所述模型提取多個水平平面橫截面上的多個平面橫截面，所述剖面以預設的垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應於所述剖面中所述結構與所述圍殼的填充部分和空白部分的填充區和空白區，所述平面橫截面從下向上排列；-預先安排移動單元滑行的固定框架，所述移動單元適於交替澆注粒狀材料層和噴塗液體形式的粘合材料於所述粒狀材料層上；-通過所述移動單元澆注所述粒狀材料的第一均質水平層，所述第一層的厚度與所述預設的垂直間距相關；-通過所述移動單元噴塗預定量的所述粘合材料於所述粒狀材料的所述第一層上，所述噴塗限於第一平面橫截面的所述填充區；-根據所述垂直間距，相對於所述固定框架垂直提升所述移動單元；-澆注粒狀材料的第二均質水平層於所述第一層上，並噴塗預定量的粘合材料於所述第二層上，所述噴塗限於第二橫截面的所述填充區；-重複澆注所述粒狀材料的所述步驟並重複噴塗預定量的粘合材料於各橫截面所述填充區的所述步驟，直至完成最後一層，從而獲得相應於所述建築物或其它磚瓦構造結構的至少一個整體主體、和相應於所述圍殼的至少一個整體主體，其中內部空白區由鬆散的粒狀材料填充；-拆毀所述圍殼並去除所述鬆散粒狀材料，獲得所述建築物或其它磚瓦構造結構。
2.根據權利要求1的方法，其中，為執行根據所述結構和所述圍殼的所述模型澆注所 述粒狀材料的所述步驟和噴塗所述粘合材料的步驟，提供了計算用於啟動所述移動單元的 程序矩陣的計算步驟，所述移動單元具有多個打開和關閉各自的分配噴嘴的電動閥，所述 打開和關閉通過根據所述程序矩陣操作的控制單元執行。
3.根據權利要求1的方法，其中提供了施壓於所述粒狀材料的各均質層的步驟，特別 是通過與所述移動單元相連的施壓元件，所述施壓元件適於施加預定壓力於所述粒狀材料 的所述均質層，所述施壓在所述粘合材料噴塗於各層前實施。
4.根據權利要求1的方法，其中所述圍殼具有垂直或傾斜部分，其橫截面形成選自下 述的閉合形狀-規則幾何形狀； -不規則幾何形狀；_與所述結構剖面外形輪廓相符的形狀，所述形狀設置於所述剖面相隔預定最小距離處。
5.根據權利要求1的方法，其中所述粘合材料是雙組分無機粘合材料，其包括 -通過所述移動單元噴塗的液體成分；-催化劑。
6.根據權利要求5的方法，其中所述液體成分包含無機物質，特別是氯化物。
7.根據權利要求5的方法，其中所述液體成分與所述催化劑的接觸在所述粒狀材料的澆注層發生。
8.根據權利要求5的方法，其中所述催化劑是粉末固體，且分散於粒狀材料中以形成 混合物。
9.根據權利要求8的方法，其中所述催化劑的粒度細於所述粒狀材料的粒度。
10.根據權利要求5的方法，其中所述成分具有設定於lX10_3Ns/m至2X10_3Ns/m之 間的粘度值，以及設定於0. 07N/m至2N/m之間表面張力值。
11.根據權利要求5的方法，其中所述催化劑包含金屬氧化物。
12.根據權利要求1的方法，其中所述粒狀材料具有設定於0.Olmm和65mm之間的粒度。
13.根據權利要求8的方法，其中提供了添加高抗拉強度增強纖維至所述粒狀材料和 所述催化劑的所述混合物中的步驟，所述增強纖維選自下述-玻璃纖維； -碳纖維； -尼龍纖維。
14.根據權利要求1的方法，其中提供了鋪設硬的耐氯化物腐蝕材料網的步驟，特別用 於加固相應於所述建築物的寬跨樓層的所述整體主體的部分。
15.根據權利要求1的方法，其中所述噴塗步驟是根據水平面內所述移動單元的預定 路徑實施的，所述路徑包括縱向噴塗衝程，特別地，在所述縱向噴塗衝程之後進行至少一個 進一步的逆向縱向噴塗衝程，所述逆向衝程之前進行所述移動單元的橫向變位運動。
16.根據權利要求1的方法，其中所述噴塗步驟是通過沿所述移動單元相互鄰近排列 的多個噴嘴沿粒狀材料層的整個寬度或所述寬度的大部分實施的。
17.根據權利要求1的方法，其中所述預定量的粘合材料使得粘合材料滲透所述填充 區至少一部分中整個覆層厚度，所述部分選自下述-所述填充區的輪廓，產生具有預定厚度以實現結構穩定性要求的外皮； _所述填充區內的交叉圖案，形成存在未粘合粒狀材料的凹槽， -其組合。
18.一種自動建造礫巖結構的設備，特徵在於其包括-加載含有CAD模型的文件的裝置，所述CAD模型包括所述結構的模型、以及需圍繞所 述結構建造的圍殼的模型；-從所述CAD提取多個水平剖面上的多個平面橫截面的裝置，所述剖面以預設的垂直 間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別對應於所述結構與所述圍殼的填充部分和空白部 分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排列；_移動單元滑行的固定框架，特別是具有滑行於水平導架上的橋架的橋式起重裝置； -適於承載所述水平導架並根據所述預定垂直間距垂直移動所述水平導架的升降裝置；-澆注粒狀材料層的澆注裝置，所述粒狀材料層的厚度與所述預設的垂直間距相關，所述澆注裝置與所述移動單元相聯；-噴塗所述粘合材料於各剖面的所述填充區處的所述各粒狀材料層上的噴塗裝置，所 述填充區包括所述建築物的部分及所述圍殼的部分，所述噴塗裝置與所述移動單元相聯。
19.根據權利要求18的設備，其中所述移動單元包括多個分配所述粘合材料的噴嘴， 所述噴嘴類似矩陣按預設數量的行和預設數量的列排列，特別地，所述噴嘴相互獨立啟動。
20.根據權利要求19的設備，其中所述矩陣的所述行相互隔開一定距離，以形成基本 等於各噴嘴覆蓋的噴印寬度的總距離。
21.根據權利要求18的設備，其中所述升降裝置包括步進電動機，每步等於所述預定 垂直間距。
22.根據權利要求18的設備，其中所述升降裝置包括液壓線性傳動器，所述傳動器根 據所述預定垂直間距逐步操作，所述傳動器與可插入所述立柱各橫貫孔/可從所述立柱各 橫貫孔抽出的多個銷相聯。
23.根據權利要求18的設備，其包括多個圍護元件，或「邊圍」，所述邊圍外部圍繞所述 圍殼，所述邊圍與所述水平框架整體形成，其中在建造所述圍殼時，所述邊圍刮擦所述圍殼 外表面，並聚集落在所述圍殼外側的粒狀材料。
24.根據權利要求23的設備，其中所述邊圍包括基本水平部分或向所述粒狀材料圍殼 傾斜的部分和在所述圍殼硬化期間穩定所述圍殼的基本垂直部分。
25.一種自動建造礫巖結構的方法，特徵在於其包括以下步驟-通過CAD軟體，特別是通過表面-或實體建模CAD軟體，以計算機輔助的方式建模建 築物結構，因而獲得所述結構的模型，所述模型存儲於計算機存儲器的文件內；_從所述結構的所述模型提取多個水平剖面上的多個平面橫截面，所述剖面以預設的 垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應於所述剖面中所述結構的填充部分和空 白部分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排列；_預先安排移動單元滑行的固定框架，所述可移動單元適於交替澆注與粉末形式催化 劑均勻混合的粒狀材料層，所述可移動單元適於根據所述結構的所述填充區噴塗液體形式 的粘合材料於所述粒狀材料層上；-通過所述移動單元澆注與所述粉末形式催化劑均勻混合的所述粒狀材料的均質水平 第一層，所述第一層具有與所述預設垂直間距相關的厚度；-通過所述移動單元噴塗適於與所述粉末形式催化劑發生化學反應的液體成分的第 一層於所述粒狀材料的所述第一層上，所述噴塗限於根據預設路徑的第一剖面的所述填充 區；-根據所述垂直間距相對於所述固定框架垂直提升所述移動單元，以形成另一層所述 粒狀材料和所述粘合材料；-重複澆注所述粒狀材料和所述催化劑的所述步驟並重複在所述澆注的粒狀材料和所 述催化劑上噴塗所述液體成分於所述填充區的所述步驟，重複次數等於所述結構被劃分的 平面橫截面數，所述次數的每一次用於不同和連續的剖面，直至完成最後一層； _去除未粘合粒狀材料，釋放所獲礫巖結構，準確複製所述建模結構。
26.一種自動建造礫巖結構的方法，包括以下步驟-通過CAD軟體特別是通過表面_或實體建模CAD軟體，以計算機輔助的方式建模建築物結構，因而獲得所述結構的模型，所述模型存儲於計算機存儲器的文件內；-從所述結構的所述模型提取多個水平剖面上的多個平面橫截面，所述剖面以預設的垂直間距均勻隔開，所述平面橫截面包括分別相應於所述剖面中所述結構的填充部分和空 白部分的填充區和空白區，所述剖面從下向上排列； -預先安排移動單元滑行的固定框架；-通過所述移動單元澆注所述粒狀材料的均質水平第一層，所述第一層具有與所述預設垂直間距相關的厚度；-通過所述移動單元噴塗第一層液體成分於所述粒狀材料的所述第一層上，所述噴塗限於根據預設路徑的第一剖面的所述填充區；-根據所述垂直間距相對於所述固定框架垂直提升所述移動單元，以形成另一層所述粒狀材料和所述粘合材料；-重複澆注所述粒狀材料和所述催化劑的所述步驟並重複在所述澆注的粒狀材料和所述催化劑上噴塗所述液體成分於所述填充區的步驟，重複次數等於所述結構被劃分的平面 橫截面數，所述次數的每一次用於不同和連續的剖面，直至完成最後一層；-去除未粘合粒狀材料，釋放所獲礫巖結構，準確複製所述建模結構， 其特徵在於所述粘合材料是雙組分無機粘合材料，包括 -含無機物質特別是氯化物的液體成分； -包含金屬氧化物的催化劑。
全文摘要
本發明涉及一種自動製造礫巖結構(6)的方法和設備。該方法包括1)通過使用CAD軟體的計算機建模建築物結構和圍繞該結構的圍殼，從而獲得文件；2)通過隔開預定間距的水平面，提取建模結構和建模圍殼的剖面，以便產生多個剖面，所述剖面相對於結構模型和圍殼模型從下向上排列；3)根據預定的路徑，通過移動單元(3)從下向上在地面上交替澆注多個粒狀材料層(22)至噴塗在覆層上相應於結構與圍殼填充部分的填充區處的粘合材料液體；4)根據澆注層與下一層的間距垂直提升移動單元(3)；5)重複澆注粒狀材料的所述步驟並重複在粒狀材料上噴塗粘合材料於結構和圍殼填充區的步驟，重複次數等於所述結構和圍殼被劃分的平面橫截面數，所述次數的每一次進行不同並連續的剖面，直至完成最後一層(17)；6)拆毀圍殼(5)並去除聚集於圍殼(5)內的未粘合粒狀材料(7)，從而釋放準確複製所述建模結構的礫巖結構(6)。該設備包括水平框架(1)、滑行於水平框架(1)的導架上的橋架(2)、沿橋架(2)滑行或與橋架(29)整體形成且具有噴頭(20)的移動單元(3)。水平框架(1)由步進傳動器沿立柱(4)移動。該設備包括圍繞圍殼(5)並與水平框架(1)整體形成的多個「邊圍」(10)。該邊圍刮擦圍殼(5)的外表面，聚集澆注在圍殼(5)外側的粒狀材料(2)。該邊圍(10)可包括刷狀邊緣(20)，適於外部清掃圍殼(5)。
文檔編號B29C67/00GK101801624SQ200880107174
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月17日 優先權日2007年9月17日
發明者E·蒂尼 申請人:E·蒂尼