[发明专利]用于制备以连续层形式形成的三维结构的设备和方法

说明书

本发明涉及用于制备极大尺寸的工业元件(1)(特别是建筑物)的设备。所述设备通过缆线(L1、L2、L3)进行螺旋定位，并且使用挤出头(2a)以薄层形式连续沉积糊状材料，例如包含水泥物质或热塑性化合物、热固性化合物或可交联化合物的砂浆。本发明还涉及使用所述设备制备三维结构的方法。

技术领域

本发明涉及由以薄层形式(优选以重叠平面层形式)铺展的糊状物质或塑性物质制造三维结构的设备和方法。

背景技术

这种设备更特别地被统称为“3D打印机”。

本发明更具体地旨在制造极大尺寸的三维结构，特别是在建筑物的砖石建筑领域，即使用包含水硬性粘结剂(例如任选的轻质石灰或水泥)的砂浆(优选为绝缘且牢固并且优选为纤维增强的砂浆)的建筑。

在3D打印机的领域中，术语“结构”用于表示原型或小批量零件，例如泵元件、小雕像、瓶或任何其它零件，这些零件过去曾经要通过模塑制成或完全手工制成，现在借助于这些机器通过计算机以数字3D模型的形式设计，并且以完全自动的方式通过所述3D打印机逐层制成。

在建筑领域中，其包括建造建筑物，例如房屋、公寓楼或办公楼、仓库或需要可以迅速建造的结实结构的任何其它类型的建筑。

施工技术在过去的几十年内发生巨大变化，并且始终希望简化施工技术使其自动化，从而增加成品的品质同时降低成本和建造时间。

已知3D打印机的原理在于在三个维度上设计物体然后逐层制造。为此，以具有恒定厚度的平行切片的形式铸造3D数字模型，机器在每个平面上相继地逐层沉积糊状材料或液体材料，该步骤以准连续方式进行。取决于相关技术，以液滴的形式或者以熔融塑料材料的珠的形式在上一层上沉积材料并且通过注射头进行分布，或者实际上通过使用激光束熔融预先沉积的热熔粉末的薄层，或者通过使用激光束使液体膜聚合。

通常希望获得良好的成品品质，造成需要形成多个薄层，在一些情况下可能是约百分之一毫米厚的薄层，这需要较长时间才能制备具有几立方分米体积的零件。

近年来使用所述技术尝试通过使用机器人设备以相同的逐层方式制备建筑元件和小型建筑物，所述机器人设备为龙门式或选择性顺从铰接机械臂(SCARA)式机器人，或实际上是本领域技术人员已知的昆虫式机器人。

所有这些设备通过数字控制的控制器自动操作，所述控制器是机器人领域技术人员已知的，因此在制备结构时需要较少劳力。

这些技术非常适合于在车间中预制元件或进行小型工件，但是一旦尺寸变大，即大于5米(m)或10m，设备变得极大，因为设备需要非常精确并且非常具有刚性。

已知本发明人名下的专利FR 2 739 887，所述专利公开的设备使用缆线从而在两个维度上将工具定位至巨大墙壁上，更具体地定位至平面或略微弯曲的工件表面上。

已知在体育场中在运动员或选手的上方移动摄像机从而密切追踪体育赛事的设备已经使用了数十多。所述设备由四个索塔构成，所述索塔通常位于体育场的拐角处，快速绞盘安装在其顶端并且以已知的方式进行数字控制，所述绞盘通过通常由凯夫拉尔纤维制成的细缆线连接至摄像机，其中调节每个缆线的长度从而在平面中合适地定位摄像机，从而获得追寻的图像。通过实时控制一组绞盘，能够使摄像机在几乎覆盖全部体育场的区域上方行驶，这可以以超高速度进行。

以这种方式进行的摄像机定位不是很精确，因为缆线受到极大张力以便保证摄像机维持在运动员的上方。所述摄像机的高度通常不能得到很好控制，并且媒体已经报道了多起事故，特别是与运动员碰撞。在所述申请中，精确度不是很重要，因为目的是合适地定位摄像机从而获得追求的醒目图像。