用于制造由混凝土或砂浆制成并具有通孔的制品的3D打印方法与流程

用于制造由混凝土或砂浆制成并具有通孔的制品的3d打印方法
1.本发明涉及通过3d打印制造由混凝土或砂浆制成的制品的方法，以及由此制得的制品。
2.3d打印由混凝土或砂浆制成的制品本身是已知的。在该方法中，混凝土或砂浆组合物对应于将要制造的制品形状以幅面(bahnen)形式逐层叠加地沉积。由以所需形状制造的原始制品，通过硬化混凝土或砂浆组合物来产生制品。仅作为示例，参考ep1587995a2、us2015072068a1、ep3260258a1和ep3284879a1。
3.采用3d打印，可以以高设计灵活性制造由混凝土或砂浆制成的制品。但是，当要制造具有通孔的制品时，3d打印过程达到其极限，例如具有窗或门开口或用于电缆管道、排水管、水管等的通孔的混凝土壁就是这种情况。在此类通孔上方不可以沉积混凝土或砂浆组合物的幅面，因为该幅面在尚未硬化的状态下需要稳定。稳定通过下方的幅面来提供，在通孔的情况下不存在所述下方的幅面。在塑料制品的3d打印中，在此类情况下通常打印柱状或网状的支撑结构，但是这在3d打印由混凝土或砂浆制成的制品的情况下是不可能的，因为无法制造此类相对纤细的结构。
4.因此，需要改善的由混凝土或砂浆制成的制品的3d打印方法，所述方法能够制造具有通孔的制品。本发明的目的是提供此类方法。
5.根据本发明，本发明的目的通过根据独立权利要求1的方法来实现。优选实施方案出现在从属权利要求中。
6.在由混凝土或砂浆制成的制品的3d打印中，混凝土或砂浆组合物的幅面逐层叠加地沉积。本发明基于在3d打印过程中添加支撑结构以产生通孔，所述支撑结构适于在混凝土或砂浆组合物硬化过程中支撑制品位于支撑结构上方的部分。支撑结构可以是临时支撑结构，当混凝土或砂浆组合物已经充分硬化到通孔上方的区域不再需要机械支撑时，除去该临时支撑结构。但是，支撑结构也可以意在保留在制品中并且意在本身具有通孔，所述通孔随后形成制品的通孔。例如，诸如电缆管道、输送管或窗插入件的元件可以在3d打印过程中集成到制品中。方法可以响应特定应用的要求非常灵活地使用。这些是本发明的主要优点。
7.在通过3d打印制造由混凝土或砂浆制成的制品的根据本发明的方法的第一步骤中，打印制品的下部部分。为此，施加混凝土或砂浆组合物的至少一个幅面；优选地，逐层叠加地施加多个幅面，由此制造所述下部部分。在本发明的上下文中，制品的下部部分被称为“底座部分”。
8.底座部分的向上表面(即底座部分的最上面的幅面)可以在概念上划分为通孔区域和壁区域。通孔区域是在其上方提供穿过制品的通孔的区域。壁区域是要在其上方施加与通孔相邻的混凝土或砂浆组合物的区域。在第二步骤中，在通孔区域上布置支撑结构。支撑结构覆盖整个通孔区域。通孔区域和支撑结构从制品(即作为到那时为止制得的制品的一部分的底座部分)的一个侧面延伸至另一侧面，优选完全延伸至制品的相对侧面，由此产生穿过制品的连续通孔。支撑结构也可以被称为支撑元件。
9.当通孔与制品的所述侧面直接相邻时，壁区域与通孔区域在一侧上相邻。否则，壁区域被分成两个子区域，所述两个子区域被通孔区域彼此分开，并且壁区域在两侧上与通孔区域相邻。在第三步骤中，将混凝土或砂浆组合物的至少一个另外的幅面施加到壁区域上；优选将混凝土或砂浆组合物的多个另外的幅面逐层叠加地施加，制造在一侧上与支撑结构相邻的壁部分或制造在两侧上与支撑结构相邻的制品的两个壁部分。在本发明的上下文中，壁部分是制品的与通孔相邻横向布置并横向限定所述通孔的那些部分。一个或多个壁部分的高度基本对应于支撑结构的高度，使得支撑结构与一个或多个壁部分在顶部基本齐平。
10.随后，在第四步骤中，在一方面在一个或多个壁部分上和在另一方面在支撑结构上施加混凝土或砂浆组合物的至少一个另外的幅面；优选逐层叠加地施加混凝土或砂浆组合物的多个另外的幅面。这制造了制品的位于壁部分和通孔上方的部分，其在本发明的上下文中被称为“覆盖部分”。
11.混凝土或砂浆组合物通常通过包括喷嘴的打印头来施加。使用泵经由供应管线将混凝土或砂浆组合物进料到该喷嘴。
12.混凝土或砂浆组合物包含至少一种骨料、粘结剂和拌合水。骨料可以是天然或合成来源的。优选使用水泥或石灰作为粘合剂。任选地，混凝土或砂浆组合物可以含有混凝土添加剂和/或混凝土外加剂。混凝土或砂浆组合物是可流动的，并由此可以通过打印头来沉积。在沉积后，混凝土或砂浆组合物开始硬化，因化学过程(特别是并入拌合水作为结晶水：水化)和拌合水的蒸发而失去其流动性。水泥浆转化为水泥石。特别地，硬化首先包括混凝土或砂浆组合物的硬化；随后，混凝土或砂浆组合物的初始固化，和再次，随后的混凝土或砂浆组合物的终凝。硬化是水化的第一阶段，在该阶段中仍可以加工混凝土或砂浆组合物。在随后的初始固化(凝固)阶段过程中，发生粘度显著提高。在凝固的最后阶段过程中，水化完成。
13.完全硬化可以花费数月。在支撑结构可以除去之前(如果意图进行此类去除)，不需要等待整个硬化阶段完成。在本发明的上下文中，凝固因此特别包括硬化和初始固化的阶段，使得原始制品失去其流动性并具有足够的稳定性，其中不再发生混凝土或砂浆组合物的不合意的塑性变形，例如在重力的影响下。
14.混凝土添加剂是影响混凝土或砂浆组合物的某些性质的粉碎的或液体的添加剂。所用混凝土添加剂可以是矿物细粉(例如石粉、飞灰、凝灰岩、火山土和/或硅尘)、有机材料(例如合成树脂分散体，特别是为了改善可加工性和粘附性)、彩色颜料和/或纤维(特别是钢、玻璃或塑料纤维)。混凝土外加剂是溶解或悬浮在水中的制剂，其与混凝土或砂浆组合物混合以便通过物理和/或化学作用改变其性质，例如可加工性、固化行为、凝固或耐久性。所用混凝土外加剂可以是例如混凝土增塑剂、流动改进剂、稳定剂、气孔形成剂、固化促进剂、凝固促进剂、固化延迟剂、凝固延迟剂和/或密封剂。混凝土外加剂含量优选小于混凝土或砂浆组合物的4重量％、特别优选至多4重量％，例如0.2重量％至2重量％。
15.喷嘴可以以在混凝土或砂浆组合物的流动方向上具有恒定横截面的简单的管的形式实施，或者也可以具有变细或变宽的横截面。喷嘴的排出口可以具有任何形状，以便在特定应用中实现合适的排出横截面。喷嘴的形状，特别是其排出口的形状，优选适于要生产的混凝土或砂浆组合物的幅面的宽度和厚度。经由供应管线将混凝土或砂浆组合物进料到
喷嘴，该供应管线特别包括管道和/或软管管线。
16.在混凝土或砂浆组合物的幅面的沉积期间，打印头在本发明的上下文中称为“打印头的移动方向”或“沉积方向”的方向上移动。幅面是混凝土或砂浆组合物的连续层，其通过打印头沿移动方向的移动而产生。幅面可以是直的，或者也可以具有任何其它所需形状。幅面也可以通过将其末端带回到开始处而形成封闭形状。在本发明的上下文中，幅面在沉积方向上的尺寸被称为幅面长度。在幅面平面中与其垂直的尺寸被称为幅面宽度。在已经制造幅面后，下一个幅面沉积为该幅面之上的层。在本发明的上下文中，逐层叠加地沉积幅面的方向被称为“生长方向”。制品由此通过3d打印在生长方向上“从底部到顶部”以层构建。在本发明的上下文中，幅面在生长方向(垂直于长度和宽度)上的尺寸被称为幅面厚度。幅面的总累积厚度产生制品的高度。
17.幅面的宽度和厚度特别可以通过喷嘴的设计、混凝土或砂浆组合物的稠度以及混凝土或砂浆组合物的输送速率来调节。所有幅面的厚度和宽度优选是相同和恒定的。这在快速沉积和技术上简单沉积方面是有利的，因为故而可以通过打印头的均匀移动产生幅面，而不必临时调整输送速度或喷嘴形状。底座部分和覆盖部分的所有幅面的长度可以是恒定的，使得所有幅面在它们的开始和结束处齐平布置。对于一个或多个壁部分的同一平面的幅面长度与支撑结构的长度之和也是如此。由此，制得了具有一致的尺寸的制品。但是，幅面也可以轻易具有比下方的幅面更短的长度，使得下方的幅面不完全被幅面覆盖。例如，可以制造从底部到顶部整体或分段变细的制品。幅面的长度、宽度和厚度可以由本领域技术人员根据应用的要求自由地选择。宽度例如为10毫米至500毫米、特别是20毫米至100毫米；厚度例如为5毫米至100毫米、特别是10毫米至50毫米，其用典型的喷嘴可容易地生产。制品的最大可实现高度取决于机器人和打印床(打印支架)的设计。最大可实现高度可以例如通过将打印床安装成竖直移动并且在打印过程中使其向下移动而提高。
18.在一个有利的实施方案中，以交替的沉积方向施加幅面，使得以相反的打印头移动方向沉积连续的幅面。一个幅面的开始由此与下方的幅面的结束同时发生。这在节省时间地构建制品方面是有利的，因为打印头不必在沉积下一幅面之前从幅面的末端移动回开始处。在从一个幅面过渡到其上方的幅面的过程中，可以中断混凝土或砂浆组合物从喷嘴的排出，使得幅面彼此分离。或者，混凝土或砂浆组合物的排出也可以持续进行，使得相邻的幅面不彼此分离，而是转而通过混凝土或砂浆组合物以风琴折方式彼此连接。原则上，当然也可以以相同的沉积方向施加幅面。本说明书适用于不形成封闭形状且其开始与结束因此彼此间隔开的幅面。如果幅面形成封闭形状，优选以相同的沉积方向施加所有幅面。
19.混凝土或砂浆组合物的幅面优选借助机器人、特别是移动打印头的工业机器人来沉积。3d打印有利地使用cad处理来自动化，其中将制品的cad数据提供至处理机，并且处理机使用cad数据沉积幅面以生产制品。打印头特别优选安装在机器人臂上。但是，也可以使用移动自由度少于机器人的工业机器人。打印头的移动优选使用cad数据(计算机辅助设计)进行计算机辅助。由此可以以高精度和速度以及低劳动强度沉积幅面以生产制品。
20.在本发明的上下文中，诸如“底部”和“顶部”、“上方”和“下方”、“上表面”、“横向”等等的术语是指制品的生长方向，其中比另一幅面更晚沉积的幅面位于该另一幅面上方。
21.制品(以及类似地制品的每个幅面和每个部分)具有向上的上表面和向下的下表面和四个侧面。四个侧面是两个端面和在两个端面之间延伸的两个横向侧面。端面沿宽度
尺寸延伸，并由幅面的开始和结束形成。横向侧面沿长度尺寸延伸，并由幅面的侧边界形成。通常，横向侧面是制品较长的侧面，并且端面是制品较短的侧面。如果幅面形成封闭形状，由于幅面的端部返回到开始处并与之连接，因此省略端面。由于幅面通常具有与生产相关的圆形侧边缘，侧面不具有平坦表面，而是具有凸起，在凸起之间具有凹陷。
22.根据本发明，通孔区域和布置在其上的支撑结构从制品的第一侧面一直延伸到第二侧面，以产生穿过制品的连续通孔。在一个有利的实施方案中，通孔区域和布置在其上的支撑结构从一个侧面一直延伸到相对的侧面，使得产生直的通孔，如在大多数应用中将需要的那样。这两个相对的侧面可以是制品的端面，使得通孔区域和支撑结构相对于幅面的延伸方向纵向延伸——即在幅面的长尺寸上延伸。随后将通孔区域和支撑结构在其整个长度上布置在底座部分上。但是，两个相对的侧面也可以是制品的横向侧面，使得通孔区域和支撑结构横向地延伸，特别是垂直于幅面的延伸方向——即在幅面的宽度尺寸上延伸。然后将通孔区域和支撑结构在其整个宽度上布置在底座部分上。幅面的延伸方向对应于打印头的移动方向。但是，原则上，两个所述侧面也可以是相邻的侧面，使得通孔在某种程度上以一定角度延伸，并且通孔区域和支撑结构相对于幅面的延伸方向部分纵向和部分横向地延伸。
23.根据本发明，混凝土或砂浆组合物的幅面在壁区域上逐层叠加地布置，并由此生成一个或多个壁部分。在一个可能的实施方案中，将混凝土或砂浆组合物的另外的幅面施加到壁区域和支撑结构上。随后，通过喷嘴以与底座部分和覆盖部分相同的方式沉积混凝土或砂浆组合物，并且每个幅面覆盖壁区域和支撑结构。无需暂时中断混凝土或砂浆组合物的供应。随后，再次除去施加在支撑结构上的混凝土或砂浆组合物，使得混凝土或砂浆组合物仅保留在壁区域上。混凝土或砂浆组合物的去除是以逐个幅面地进行的，使得在施加下一幅面之前移除一个幅面的混凝土或砂浆组合物。但是，也可以首先沉积若干或全部幅面并随后将它们一起除去。除去(仍可流动的)混凝土或砂浆组合物例如可以通过鼓风、刮削、擦拭或冲洗来完成。还可以想到的是，为支撑结构提供倾斜的上表面，使得沉积在其上的混凝土或砂浆组合物滑落。
24.但是，也可以将混凝土或砂浆组合物仅施加在壁区域上，使得支撑结构不受混凝土或砂浆组合物冲击。在与制品的端面直接相邻的横向侧面之间(即横向于幅面的延伸方向)的通孔的情况下，3d打印可以简单地继续进行，其中幅面的长度仅必须根据在一侧上与通孔区域相邻的壁区域的长度而缩短。在其中通孔在不与制品端面直接相邻的横向侧面之间，使得壁区域在两侧上邻接通孔区域的情况下，可以想到例如以下实施方案：
[0025]-打印头的移动在制品的整个长度上持续，在支撑结构的区域中中断混凝土或砂浆组合物的供应，使得在其上不沉积混凝土或砂浆组合物。如果支撑结构阻碍打印头沿幅面的移动，可以将打印头(具有中断的混凝土或砂浆组合物的供应)提升到支撑结构上方或引导其横向通过支撑结构。
[0026]-两个壁部分彼此分开打印。打印头连续规则地移动，特别是在交替的沉积方向上，幅面的长度根据相应壁部分的长度缩短。两个壁部分可以用相同的打印头连续打印，当打印头从一个壁部分移动到另一壁部分时，优选中断混凝土或砂浆组合物的供应。或者，也可以用两个打印头同时打印两个壁部分。
[0027]
在通孔在端面之间(即沿着幅面延伸方向的纵向)的情况下，例如以下实施方案是
可能的：一个或多个壁部分用喷嘴打印，该喷嘴与用于底座部分和覆盖部分的喷嘴相比具有减小的宽度，使得产生具有(相应)壁部分的宽度的幅面。
[0028]
支撑构件的形状取决于单个情况下的要求，特别是取决于制得的通孔的目的。支撑构件例如可以具有矩形、三角形、圆形或椭圆形横截面(垂直于要制造的延伸通孔的方向)。在一个有利的实施方案中，支撑构件具有平坦的底座表面(所述表面布置在底座区域上、面向底座区域)和随着其从底部向顶部前进而保持恒定或减小的宽度。由此，可以产生特别稳定的壁部分，因为对于3d打印不存在“阴影”区域。在一个特别有利的实施方案中，支撑结构具有矩形横截面。大多数应用需要具有矩形横截面的支撑构件，并且所述支撑构件可以特别好地集成到具有大致长方体幅面的制品中。
[0029]
在本发明的一个实施方案中，提供仅为临时的支撑结构，在打印覆盖区段(cover section)且混凝土或砂浆组合物完全或部分硬化之后，再次将所述支撑结构除去。可以说，支撑结构是用于通过移除支撑结构而形成的所需通孔的占位件。该实施方案特别适合于产生横向于幅面延伸方向的通孔，因为由于支撑结构的较小延伸，则可以更容易地除去支撑结构。但是，其也可以用于沿幅面的延伸方向产生通孔。在除去支撑结构之前，混凝土或砂浆组合物的流动性必须降低，并且其尺寸稳定性提高，使得保留通孔，直接布置在其上的覆盖区段的区域不会在重力的影响下下垂到通孔中。该区域通过混凝土或砂浆组合物的硬化来充分稳定，使得其不再需要来自支撑结构的支撑，随后可以将该支撑结构除去。初始固化和(或甚至终凝)的阶段不必完全完成。同样，底座部分、壁部分和直接位于其上的覆盖区段的一部分足够稳定就足够了。但是，由于制品的3d打印可以根据其尺寸而延续数小时，因此在覆盖区段的最上面的幅面硬化之前(即当它们仍可流动时)就已经可以除去支撑结构。
[0030]
临时支撑结构可以以各种方式设计。在一个实施方案中，支撑结构以预制组件形式提供并放置在底座部分的通孔区域上。支撑结构优选由木材、金属(特别是发泡金属或金属合金)、陶瓷或塑料(特别是发泡塑料，如发泡聚苯乙烯(“聚苯乙烯泡沫塑料，styrofoam”))制成。发泡金属和发泡塑料的特别的优点在于它们的重量轻，其结果是，底座区域仅受到极少应力。支撑结构可以是实心的或框架状的。在框架状支撑结构的情况下，通孔平行于幅面平面延伸穿过支撑结构。在混凝土或砂浆组合物硬化之后，可以将支撑结构简单地推出或首先进行拆卸，例如锯开或切碎，并且随后逐件移除。通过机械加工工艺如铣削、钻孔、刨削或凿平除去支撑结构也是可以想到的。
[0031]
在进一步的实施方案中，支撑结构是可充气的。其易于储存，并且例如可以用压缩空气充气以便用作支撑结构。在一个有利的实施方案中，支撑结构在壁部分的3d打印过程中充气，并且特别使得在每种情况下，支撑结构在顶部与最新打印的幅面基本齐平；支撑结构的高度由此总是对应于正在构建的壁区段的当前高度。随后可以打印上方的幅面作为水平幅面，并且由于支撑结构的进一步膨胀，位于支撑结构上的混凝土或砂浆组合物可以随后除去或滑落。
[0032]
在进一步的实施方案中，临时支撑结构通过3d打印到底座部分的通孔区域上来产生。支撑结构的产生可以在开始打印至少一个壁部分之前完成。但是，也可以同时打印支撑结构和至少一个壁部分。特别有利的是，在从底座部分向壁部分的过渡过程中，打印头的规则移动不被中断或减慢，而是在制品的整个生产过程中，打印头的规则移动保持恒定，其中当已经产生底座部分的最上幅面的通孔区域时，支撑结构的打印开始。3d打印的支撑结构
可以例如由塑料制成。特别优选地，支撑结构由建筑泡沫打印，因为这仅形成与混凝土或砂浆组合物的轻微粘结并且可以容易地除去。3d打印的支撑结构的去除可以例如通过化学溶解或通过机械加工生产工艺如铣削、钻孔、刨削或凿平来进行。
[0033]
在混凝土或砂浆组合物与支撑结构面向其的表面之间布置分离层是有利的。分离层防止混凝土或砂浆组合物与支撑结构之间形成粘结，使得可以更容易地除去支撑结构。分离层例如可以以塑料膜、金属箔、纸或纸板层、或者肥皂溶液层的形式来实施。
[0034]
在一个有利的实施方案中，临时支撑结构装备有至少一个支撑腿。至少一个支撑腿适于并且意在用于稳定支撑结构，使得其能够随意地站立在其选定在通孔区域上的所需高度和位置处。至少一个支撑腿可以有利地防止底座部分受到由支撑结构和沉积在其上的混凝土或砂浆组合物的幅面因重力而施加在下方的底座部分(在其硬化前)上的压力的不利影响。至少一个支撑腿从支撑结构开始一直延伸到地面或基土。它不穿过底座部分延伸，而是横向于底座部分布置(横向穿过底座区域)，特别是在侧面之一的前部，具有支撑结构的通孔区域在所述侧面之间延伸。
[0035]
支撑腿对于以预制组件形式提供的支撑结构是特别有利的，因为这些支撑结构通常具有相对高的重量。当支撑结构布置在通孔区域上时，支撑结构可以已经设有至少一个支撑腿。但是，支撑腿也可以随后附接。但是，即使可充气支撑件也可以由单独的支撑腿来支撑。同样，可以提供具有支撑腿的3d打印的支撑构件。支撑腿可以随后附接或预先提供，以使随后打印的支撑结构与其连接。
[0036]
在一个实施方案中，支撑结构配有恰好一个在一侧上延伸通过底座区域的支撑腿或者配有多个在一侧上延伸通过底座区域的支撑腿(即，所有支撑腿被布置在底座区域的相同侧面的前部)。为了即使存在侧向偏移支撑结构也能确保足够的稳定性，至少一个支撑腿应配有足够宽和重的支撑足，或者用单独的重量来加重(配重)。选择支撑足或附接于其上的配重的重量，使得包含支撑腿和支撑结构的整体的重心位于支撑足或配重内，或直接位于其上方，而不从其横向偏移。随后确保足够的稳定性。如果所述重心直接布置在支撑足上方，其对地面的正交投影在支撑足的底座表面内。这种变体的优点在于，在混凝土或砂浆组合物硬化之后，可以简单地将支承结构与一个或多个支承腿一起除去，而不必拆除至少一个支承腿。至少一个支撑腿可以与支撑结构一体地形成，或者可以经由可拆卸连接(例如螺钉、夹具或插头连接)连接到支撑结构上。
[0037]
在进一步的实施方案中，支撑结构配有至少两个支撑腿，所述支撑腿在两侧上延伸通过底座区域。由此，在每个侧面的前部布置至少一个支撑腿，具有支撑结构的通孔区域在两个侧面之间延伸。如果在每侧上恰好有一个支撑腿，这是足够的。这些支撑腿应配有足够宽和重的支撑足，或者用单独的重量来加重，使得支撑结构可以与两个支撑腿一起随意地站立。在一个优选实施方案中，支撑结构配有至少三个支撑腿。三个支撑腿确保足够的稳定性，而无需特殊的支撑足。至少一个支撑腿布置在底座区域的一个侧面的前部；并且至少两个支撑腿布置在另一侧面的前部。特别优选地，支撑结构配有至少四个支撑腿，其中至少两个支撑腿布置在底座区域的一个侧面的前部且至少两个支撑腿布置在另一侧面的前部。至少在底座区域的两个侧面之一的前部的一个或多个支撑腿应当用可拆卸的连接(例如螺钉、夹具或插头连接)附接到支撑结构上，以使它们在混凝土或砂浆组合物硬化之后可以容易地拆卸，以便除去支撑结构。或者，也可以想到将支撑腿可枢转地附接在支撑结构上，使
得它们可以向上翻转以移除支撑结构。
[0038]
在本发明的一个进一步的实施方案中，提供了永久保持在制品中的永久性支撑结构。在这种情况下，支撑结构具有形成制品的通孔的通孔。永久性支撑结构可以由例如木材、金属、塑料、陶瓷制成，或者也由混凝土或砂浆制成。优选地，意在用于通孔的组件在3d打印过程中直接作为永久性支撑结构集成到制品中。永久性支撑结构可以是例如电缆管道、输送管、门框或窗框，特别是窗框。
[0039]
甚至永久性支撑结构可以配有一个或多个支撑腿，该支撑腿在一侧或两侧上延伸通过底座区域。上文关于结合临时支撑结构的一个或多个支撑腿的陈述在此加以必要的变更而适用。但是，一个或多个支撑腿应当随后用可拆卸连接(例如螺钉、夹具或插头连接)附接到永久性支撑结构上，使得它们在混凝土或砂浆组合物硬化之后可以容易地拆卸。
[0040]
支撑结构可以以一件式或也可以以多件式实现。在本发明的一个实施方案中，支撑结构以多件式设计，包括一个接一个地布置在通孔区域上的多个区段。每个区段布置在通孔区域的一个区域上，使得相邻区段彼此直接接触。该实施方案特别适用于通孔区域沿混凝土或砂浆幅面的延伸方向延伸的情况，特别是当预制组件用作临时或永久性支撑结构时。由于在这种情况下通常需要相对大的支撑结构，可以更容易地由多个区段组装它们，而不是使用一件式支撑构件。优选地，从制品(或底座部分)的一个侧边缘开始，在每种情况下将区段布置成彼此直接相邻，直到到达另一侧边缘。但是，实施方案也可以用于沿幅面的延伸方向制造通孔。支撑结构的区段的布置优选是自动化的，特别是借助(另外的)机器人，所述机器人可以夹持和放置区段。移动优选是计算机辅助的，使用cad数据(cnc，计算机数字控制)。但是，也可以替代地手动放置区段。
[0041]
在一个特别有利的实施方案中，支撑结构适于加速周围混凝土或砂浆组合物的固化。这特别对临时支撑结构是有利的，因为当更快地达到为此所需的周围区域的稳定性时，这些临时支撑结构可以更快地移除。作为预制组件，支撑结构例如可以配有加热装置，以加热混凝土或砂浆组合物，并因此加速硬化。作为预制组件或作为3d打印结构的支撑结构也可以例如分泌加速硬化的化学物质。在硬化过程中，永久性支撑结构也可以例如配有布置在通孔中的加热装置。
[0042]
本发明还包括具有通孔的由混凝土或砂浆制成的制品，其根据依照本发明的方法通过3d打印来制造。
[0043]
本发明还包括由混凝土或砂浆制成的根据本发明的制品作为建筑物砌体的组件的用途。通孔优选地是窗或门的开口，或者是电缆管道或输送管(在临时支撑构件的情况下)，或以电缆管道或输送管(在永久性支撑构件的情况下)电缆管道或输送管的形式提供。
[0044]
在下文中，参照附图和示例性实施方案详细解释本发明。附图是示意性表示而非按比例的。附图决不限制本发明。
[0045]
附图描绘了：
[0046]
图1在各个阶段过程中由混凝土或砂浆制成的制品的3d打印的侧视图，
[0047]
图2在根据本发明的方法的一个实施方案中由混凝土或砂浆制成的制品在其生产的各个阶段过程中的横截面，
[0048]
图3穿过根据本发明的制品的一个实施方案的横截面，
[0049]
图4穿过根据本发明的制品的另一实施方案的横截面，
[0050]
图5根据依照本发明的方法的一个实施方案的其上布置有支撑结构的底座区域的三个视图，
[0051]
图6根据依照本发明的方法的另一实施方案的其上布置有支撑结构的底座区域的三个视图，
[0052]
图7在根据本发明的方法的另一实施方案中的制品在其生产的各个阶段过程中的横截面，
[0053]
图8根据依照本发明的方法的另一实施方案的穿过其上布置有支撑结构的底座区域的横截面，以及
[0054]
图9根据本发明的方法的一个实施方案的流程图，
[0055]
图10根据依照本发明方法的另一实施方案的其上布置有支撑结构的底座区域的两个视图，
[0056]
图11根据依照本发明方法的另一实施方案的其上布置有支撑结构的底座区域的两个视图。
[0057]
图1描绘了由混凝土或砂浆制成的制品的3d打印的侧视图，其已经生产的部分可以在横截面中看到。幅面2形式的混凝土或砂浆组合物1逐层叠加地堆叠。混凝土或砂浆组合物1通过打印头3施加，所述打印头3附接到机器人臂7上并与相关的机器人一起移动。打印头3含有喷嘴4，所述喷嘴4设计为例如具有适当形状的排出口的钢管。供应管线6连接到喷嘴4上，借助泵(未显示)经由该供应管线6向喷嘴4供应混凝土或砂浆组合物1。打印头3在使用cad数据的计算机辅助下沿幅面2的预先计算的形状移动，混凝土或砂浆组合物1从喷嘴4出来并形成幅面2。打印头3的移动方向r由灰色方块箭头指示。幅面2的厚度例如为2厘米。
[0058]
图1a描绘了在沉积第一(最低)幅面2过程中的方法。随后在其上沉积另一幅面2(图1b)。在沉积第二幅面2的过程中，打印头3的移动方向r与第一幅面2的移动方向相反。方法继续进行(图1c)，其中幅面2在生长方向a(同样由灰色方块箭头指示)上彼此堆叠，直到制品达到所需高度。
[0059]
图2描绘了在根据本发明的方法的一个实施方案中根据本发明的制品在其生产过程中的不同时间的横截面。首先，通过3d打印，如图1中所示，制造下底座部分s(图2a)。底座部分2的最上幅面2的上表面在概念上可以分为通孔区域b和布置在其两侧上的壁区域b
′
。在通孔区域b的正上方，最终制品将具有通孔；并且在壁区域b
′
的正上方，打印限定该通孔的两个壁部分。为此，在通孔区域b上设置支撑结构5(图2b)。随后与支撑结构5相邻打印两个壁部分w(图2c)。随后，打印覆盖壁区域b
′
和支撑结构5的完整幅面2，并且然后除去该幅面2布置在支撑结构5上的区域，使得混凝土或砂浆组合物1仅保留在壁区域b
′
上。当壁部分w到达支撑结构5的高度时，壁部分w完成。此后，在壁部分w和支撑结构5上方打印覆盖部分d(图2d)。
[0060]
图3描绘了根据本发明的制品g，其采用图2的方法制得。在这种情况下，支撑结构5意在保留在制品g中。支撑结构具有连续通孔，其随后形成穿过制品g的通孔o。支撑结构5例如可以是在3d打印过程中直接集成到制品g中的电缆管道或窗框。
[0061]
图4描绘了用图2的方法制得的根据本发明的另一制品g。在这种情况下，仅临时提供支撑结构5以稳定位于上方的覆盖区段d的多个部分。在混凝土或砂浆组合物1硬化之后，
除去支撑结构5。支撑结构5例如可以由木材或金属以框架状方式制造，并可以在硬化之后从制品g推出，由此形成穿过制品g的通孔o。例如，电缆管道或窗框可以稍后插入该通孔o中。
[0062]
图5描绘了在根据本发明的方法的一个实施方案中具有布置在其上的支撑结构5的底座区域s的三个视图。图5a描绘了在横向侧面处观察的侧视图；图5b是在端面处观察的侧视图；并且图5c是顶视图(“从上方观察的视图”)。通孔区域b和布置在其上的支撑结构5从一个横向侧面延伸到相对的横向侧面。这产生了沿着幅面2或制品g的宽度尺寸的通孔o，也如图2中所描绘的那样。
[0063]
图6描绘了在根据本发明的方法的另一实施方案中具有布置在其上的支撑结构5的底座区域s的三个视图。在这种情况下，图6a描绘了在横向侧面处观察的侧视图；图6b是在端面处观察的侧视图；并且图6c是顶视图(“从上方观察的视图”)。通孔区域b和布置在其上的支撑结构5从一个端面延伸到相对的端面。这产生了沿幅面2或制品g的纵向尺寸的通孔o。支撑结构5由多个区段5
′
形成。区段5
′
一个接一个地布置在通孔区域b上，其中，从一个端面开始，每个区段5
′
借助机器人直接邻接前面区段5
′
放置。在通孔区域b上的支撑结构5直接邻接横向侧面，使得壁区域b
′
仅在一侧上邻接通孔区域b。借助支撑结构5产生的通孔o可以例如作为或用于电缆管道来提供，随后经由与通孔区域b相邻的横向侧面可进入该电缆管道。由此，可以用临时支撑结构5产生电缆管道随后插入其中的通孔o，或者在3d打印过程中直接将电缆管道以永久性支撑结构5的形式集成。
[0064]
图7描绘了根据本发明的制品g在壁部分w的打印过程中的横截面。支撑结构5是可充气的，并通过引入压缩空气在壁部分w的打印过程中充气。在每种情况下，支撑结构5在顶部与最新打印的幅面2齐平地结束，使得提供基本上平坦的底座用于打印下一幅面2。
[0065]
图8描绘了在根据本发明的方法的另一实施方案中具有布置在其上的支撑结构5的底座区域s的横截面。支撑结构由建筑泡沫形成，其在底座区域完成之后通过3d打印在通孔区域b上产生。在完成壁区域w和覆盖区域d之后，并在混凝土或砂浆组合物1硬化之后，支撑结构5可以容易地去除，例如机械或化学地去除。
[0066]
图9借助流程图描绘了根据本发明的方法的示例性实施方案。
[0067]
图10描绘了在根据本发明的方法的另一实施方案中具有布置在其上的支撑结构5的底座区域s的两个视图。在这种情况下，图5a描绘了在横向侧面处观察的侧视图，并且图5b是在端面处观察的侧视图。这是图5的实施方案的进一步发展。通孔区域b和布置在其上的支撑结构5从一个横向侧面延伸到相对的横向侧面。
[0068]
支撑结构5配有单个支撑腿8，该支撑腿8从支撑结构5延伸至地面并且横穿过底座区域延伸。具有支撑腿8的支撑结构5可以随意地站立，使得支撑结构位于所需高度处。支撑结构5和随后在其上方沉积的覆盖区域d的幅面的重力被支撑腿8吸收，使得没有压力施加在位于其下方的底座区域s上。这防止了在混凝土或砂浆组合物1硬化之前底座区域s的变形。
[0069]
由于支撑腿8附接在一侧上，在混凝土或砂浆组合物1硬化之后，支撑结构5可以容易地除去。为了确保足够的稳定性，支撑腿8设计得较宽，并设有用附加配重9加重的支撑足。
[0070]
图11描绘了在根据本发明的方法的另一实施方案中具有布置在其上的支撑结构5
的底座区域s的两个视图。在这种情况下，图5a描绘了在横向侧面处观察的侧视图；并且图5b是在端面处观察的侧视图。这是图5的实施方案的进一步发展。通孔区域b和布置在其上的支撑结构5从一个横向侧面延伸到相对的横向侧面。
[0071]
支撑结构5配有四个支撑腿8，其从支撑结构5延伸至地面。两个支撑腿8布置在底座区域s的每一侧上(在两个横向侧面的每一个的前部)。四个支撑腿8确保足够的稳定性而无需加重的支撑足。在底座区域s的两侧之一上的至少两个支撑腿8例如螺栓连接到支撑结构，使得它们可以容易地拆卸，以便在混凝土或砂浆组合物1硬化之后除去支撑结构5。
[0072]
附图标记列表
[0073]
(g)由混凝土或砂浆制成的3d打印制品
[0074]
(s)制品g的底座部分
[0075]
(w)制品g的壁部分
[0076]
(d)制品g的覆盖部分
[0077]
(b)底座部分s的通孔区域
[0078]
(b
′
)底座部分s的壁区域
[0079]
(o)穿过制品g的通孔
[0080]
(1)混凝土或砂浆组合物
[0081]
(2)混凝土或砂浆组合物1的打印幅面
[0082]
(3)打印头
[0083]
(4)喷嘴
[0084]
(5)支撑结构
[0085]
(5
′
)多部件支撑结构5的部分
[0086]
(6)供应管线
[0087]
(7)机器人臂
[0088]
(8)支撑结构5的支撑腿
[0089]
(9)加重支撑腿8的配重
[0090]
(r)打印头3的移动方向
[0091]
(a)制品g
′
的生长方向