خلاصه اختراع

اين اختراع با هدف تسريع در امر ساخت واحدهاي اسكان موقت پس از زلزله در ايران با روزن راني (extrusion) مصالح پايه سيماني (شبه بتني) به صورت يكپارچه از روي پلان و يا ساخت مقاطع و پنل و قطعات و بلند كردن آن ساخته شده است. براي چابكي در محيط هاي عملياتي و ناهموار، دستگاه قابليت حمل بر روي چرخ را دارد و براي توسعه روش هاي ساخت و تنوع فرمهاي ساختماني، به صورت دوكاره چاپگر/جرثقيل طراحي شده است. اين دستگاه با خودكارسازي حداكثري عمليات ساختماني و به حداقل رساندن نيروي كار انساني در محل و حذف نياز به ماشين آلات اضافي، قابليت ساخت واحدها در يك روز كاري را افزايش مي دهد و باعث صرفه جويي در زمان و هزينه هاي ساخت مي شود.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع مرتبط با حوزه کاربرد چاپگرهای سه بعدی در ساختمان سازی کوچک مقیاس در محل با استفاده از مصالح شبه بتنی است و به خصوص برای ساخت اتاقک و یا واحدهای ساختمانی کوچک به عنوان اقامتگاه موقت پس از زلزله مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

برای ساخت سرپناه پس از زلزله در محل به صورت خودکار، نیاز به دستگاهی داریم که به اندازه کافی چابک باشد تا با سهولت بیشتر حرکت کند و در مناطق ناهموار جابه جا شده یا استقرار یابد و پس از چاپ هر سرپناه، سرپناه بعدی را با کمترین نیاز به جمع آوری و نصب مجدد سخت افزار، بسازد. در سخت افزارهایی که تا کنون برای ساخت بنا در محل با استفاده از چاپگرهای سه بعدی اختراع شده است، این چابکی و سرعت عمل بالا به دلیل بزرگی ماشین آلات مربوطه، کمتر ملاحظه می شود. ابعاد کوچک 20 تا 30 متر مربعی این واحدها ماشین آلات کوچکتری را با سرعت ساخت بالاتر طلب می کند که سرعت ساخت را بالاتر ببرد. همچنین یکی از مشکلات فنی موجود در چاپ یکپارچه خودکار ساختمان به صورت لایه لایه از روی پلان، حل مساله سقف است. برای حل این مساله یا باید هندسه واحدهای اسکان موقت بهینه شود یا قابلیت بلند کردن به دستگاه چاپگر اضافه شود.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

به طور کلی بیشتر چاپگرهای سه بعدی کنونی که توسعه داده شده اند علی رغم قابلیتهایشان، به طور ویژه برای مواجهه با چالش های ساخت واحدهای اسکان موقت یا دائم کوچک مقیاس پس از زلزله طراحی و یا عملیاتی نشده اند و این ربات از این جهت نوآورانه است که سعی دارد برای کاربرد چاپگرهای سه بعدی در چنین بستری راه حل ارائه دهد و نمونه اثبات مفهوم آن هم ساخته شده است. برای ساخت در مقیاس واقعی، فعلا چاپگرهایی که با روزن رانی مصالح پایه سیمانی کار می کنند توسعه بیشتری یافته اند. دستاوردهای مختلفی از خود کیفیت مصالح بتنی تا دستگاه ها و پرینترهای متنوع تا کنون وجود داشته است که در بخش شرح دانش پیشین به برخی از آنها اشاره شد اما کمتر به محدودیت های کاربرد پرینترها در حوزه بازسازی پس از سانحه پرداخته شده است. یکی از مشکلات فنی فعلی این است که اکثر این چاپگرها که بتن را لایه لایه روی خطوط پلان می ریزند قادر به ساخت سقف به صورت درجا بر روی دیوارها نیستند و عمدتا سقف را با یک سیستم دیگر و بدون استفاده از چاپگر می سازند. یکی از راه حل ها این است که مقطع ساختمان یا قطعات به صورت جدا چاپ شوند و سپس بلند شده و به هم متصل گردند که در رباتهای فعلی چنین قابلیتی در نظر گرفته نشده است. این ربات به دلیل طراحی ویژه ای که دارد و به صورت خرپایی است و نوع اجزا و اتصالات آن، رباتی قدرتی است که قابلیت بلند کردن (lift) و جا به جایی قطعات را دارد. در صورتی که ربات هایی که قبلا برای چاپ سه بعدی اجزای ساختمانی مورد آزمایش قرار گرفته اند، عمدتا فقط برای چاپ قطعات طراحی شده اند و امکان حمل قطعات را ندارند. برای حل مشکل چابکی دستگاه، به جای جرثقیل دروازه ای از ربات استفاده شده است. همچنین با قرار دادن ربات بر روی چرخ های مدل تانک، امکان تحرک دستگاه در موقعیت های ناهموار مناطق زلزله زده فراهم شده است. از طرفی با افزودن قابلیت لیفت و بلند کردن قطعات، محدودیت روش ساخت و تنوع فرم های ساختمانی در زمان کمتر و به شکلی مقرون به صرفه تر مرتفع می شود. چرا که نیاز به حضور همزمان دو دستگاه در محل کار نیست و خود دستگاه چاپگر می تواند عملیات لیفت را انجام دهد. در نتیجه علاوه بر امکان ساخت فرم های شبه گنبدی و پوسته های منحنی یا مخروطی از روی پلان، امکان ساخت در محل از روی مقطع وجود دارد و یا پیاده سازی روش tilt up امکان پذیر می شود. با قابلیت چرخش 360 درجه و طراحی مفاصل، این ربات می تواند هر سه مختصات x، y، z را که برای چاپ سه بعدی قطعات لازم است، پیمایش کند، در نتیجه امکان نصب سامانه چاپ سه بعدی در گیره انتهایی آن وجود دارد و می تواند به عنوان چاپگر سه بعدی عمل کند. هم سامانه چاپ مصالح پلاستیکی به روش رسوب مواد مذاب (FDM) و هم سامانه روزن رانی (extrusion) مصالح خمیری (نظیر مصالح شبه بتنی با خمیر سیمانی و ترکیبات لازم) که برای قطعات ساختمانی متداول تر و کاربردی تر است می تواند بر روی آن سوار شود. امکان استقرار سامانه حمل و سامانه چاپگر به طور همزمان باعث بالا رفتن سرعت عملیاتی ربات می شود زیرا پس از عملیات چاپ نیاز به پیاده سازی سامانه چاپگر و افزودن سامانه حمل نیست که خود مستلزم عملیات اضافی و نیروی کار انسانی است. از طرفی با این اختراع واحدهایی را می توان ساخت که با توجه به دو جداره بودن دیواره هایشان، نسبت به راه حل های فعلی اسکان موفت نظیر کانکس و کپرهای بومی در مناطق روستایی، مقاومت بالاتری را در برابر انتقال گرما و سرما و همچنین صدا داشته و شرایط زندگی مناسب تری را در دوران نسبتا طولانی سکونت موقت (گاه تا دو سال) تا آماده شدن اسکان دائمی، فراهم می کند.