用于浇铸建造元件的方法 |
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| 申请号 | CN201480022345.5 | 申请日 | 2014-02-21 | 公开(公告)号 | CN105121135B | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 莱恩奥罗克澳大利亚私人有限公司; | 发明人 | 詹姆斯·布鲁斯·加德纳; 史蒂文·罗伯特·詹森; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于使用计算机控制设备来浇铸 建筑材料 以形成建造元件的方法。所述方法包括以下步骤：使材料沉积头移动并选择性地沉积材料以制造模板；以与模板的至少一部分相 接触 的方式倾倒建筑材料；使建筑材料至少部分地 固化 ，从而形成建造元件；以及从建造元件中移除所述模板的至少一部分。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种使用计算机控制设备来浇铸建筑材料以形成建造元件的方法，所述设备具有与模板材料的容器连通的材料沉积头，所述材料沉积头能够响应于计算机指令在建筑容积内移动并且能操作以沉积一部分模板材料，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于浇铸建造元件的方法技术领域[0001] 本发明大体上涉及浇铸可凝结(settable)的建筑材料以形成建造元件，该建造元件用于建造(构造)建筑物或者类似结构。特别地，本发明涉及使用模具(模板(formwork))来浇铸建筑材料以形成建造元件。 背景技术[0002] 浇铸可凝结的建筑材料如混凝土以形成下述元件已经进行了相当长的时间，所述元件用于建构建筑物或者形成建筑物的整体部分。浇铸这些材料通常涉及到构造通常被称为模板且具有腔体的模具，该腔体的几何结构与建造元件的期望几何结构相反。基本上为液态的建筑材料被倾倒至腔体内并凝结(固化)，从而使腔体内的建筑材料凝固并形成具有期望几何结构的建造元件。随后从建造元件中移除该模具。 [0003] 浇铸建造元件的一个优点在于用于创建复杂的建造元件几何结构的范围，其允许要浇铸的元件具有特定的功能性或者美观性。例如，由于可凝结建筑材料的状态可以从液态改变到固态，所以该材料可以被倾倒入具有不规则复杂形状的模具内且被固化，随后，凝固的部分具有基本上相应的不规则复杂形状，使用其它工艺可能难以实现这一点。 [0004] 随着架构和工程变得愈加复杂，对于浇铸非标准的“自由形式”几何结构的建造元件的需求也增加。许多非标准几何结构共有的一个问题在于“底切”或悬伸表面的存在。如果使用传统的钢性模板来浇铸具有这样的表面的建造元件，则当建筑材料凝固时，模板与建造元件接合，使得难以或不可能从建造元件移除模板。 [0005] 过去克服此问题的解决方案涉及到使用下述模板：复杂的多部件模板，其可以被拆卸以从该模板释放建造元件；或者消耗性模板，其在建造元件凝固后被损坏以释放该建造元件，例如，通过将模板打碎。然而，这些解决方案通常较昂贵，原因在于多部件模板的复杂性和/或在每次浇铸过程中消耗的模板材料的量，在每次浇铸过程中消耗的模板材料可能会产生大量的废弃的模板材料，还可能需要相当长的时间和/或能量来从所浇铸元件中移除模板。 [0006] 因此，提供一种更有效的、可支撑的且成本有效的用于浇铸建筑材料以形成建造元件，特别是用于浇铸具有复杂几何结构如悬伸表面的建造元件的方法将是有用的。 发明内容[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于使用计算机控制设备来浇铸建筑材料以形成建造元件(建构元件，建筑元件，构造元件，construction element)的方法，所述设备具有与模板材料的容器连通的材料沉积头，并且所述设备能够响应于计算机指令在建筑容积(建筑体积)内移动，所述方法包括以下步骤：由所述设备接收与模板几何结构相关的计算机指令；使所述材料沉积头在所述建筑容积内移动并且在特定位置处选择性地沉积模板材料，以制造与所述模板几何结构相对应的模板；以与所述模板的至少一部分相接触的方式倾倒建筑材料；使与所述模板相接触的所述建筑材料至少部分地固化，从而形成所述建造元件；以及从所述建造元件中移除所述模板的至少一部分。 [0008] 参照本发明的另一方面，提供了一种用于使用计算机控制设备来浇铸建筑材料以形成建造元件的方法，所述设备具有与模板材料的容器连通的材料沉积头，并且所述设备能够响应于计算机指令在建筑容积内移动，所述方法包括以下步骤：由所述设备接收与第一模板几何结构相关的计算机指令；使所述材料沉积头在所述建筑容积内移动并且在特定位置处选择性地沉积模板材料，以制造与所述模板几何结构相对应的第一模板；在特定位置处向所述第一模板选择性地施加一个或更多个复合材料部分，以形成均质的复合材料层；使所述复合材料层固化以形成复合元件；从所述复合元件中移除所述第一模板；以与所述复合元件的至少一部分相接触的方式倾倒第一建筑材料；以及使与所述复合元件相接触的所述第一建筑材料固化，从而形成第一建造元件。 [0009] 在本发明的可替换的方面中，提供了一种用于使用计算机控制设备来浇铸建筑材料以形成建造元件的方法，所述设备具有与模板材料的容器连通的材料沉积头，并且所述设备能够响应于计算机指令在建筑容积内移动，所述方法包括以下步骤：由所述设备接收与第一模板几何结构相关的计算机指令；使所述材料沉积头在所述建筑容积内移动并在特定位置处选择性地沉积模板材料，以制造与所述第一模板几何结构相对应的第一模板；在特定位置处向所述第一模板选择性地施加一个或更多个复合材料部分；使所述一个或更多个复合材料部分固化以形成一个或更多个第一复合元件；由所述设备接收与第二模板几何结构相关的计算机指令；使所述材料沉积头在所述建筑容积内移动，并在特定位置处选择性地沉积模板材料以制造与所述第二模板几何结构相对应的第二模板，所述第二模板至少部分地与所述第一模板或者所述一个或更多个第一复合元件相接触；在特定位置处向所述第二模板选择性地施加一个或更多个复合材料部分；使所述一个或更多个复合材料部分固化以形成一个或更多个第二复合元件；以与所述第一模板和所述第二模板的至少一部分相接触的方式倾倒建筑材料；使与所述第一模板和所述第二模板相接触的所述建筑材料固化，从而形成建造元件；以及从所述建造元件中移除所述第一模板和所述第二模板。 [0010] 在本说明书的上下文中，“建造元件”一般是指用于连同其他元件一起建构结构的任何对象(物体)，特别是指用于建构建筑物、桥梁以及类似结构(诸如人造礁、管道或者水处理设备)的元件。附接至较大的结构或者形成完整的分立结构的建造元件被认为在“建造元件”的范围内。 [0012] 为了本说明书的目的，“复合材料”或者“复合(复合材料，composite)”一般是指纤维增强聚合物复合材料，包括热塑性复合材料、短纤维热塑性塑料、长纤维热塑性塑料和长纤维增强热塑性塑料。复合材料可以包括由天然(有机)或者人造(非有机)材料形成的纤维。特别地，本说明书将提到碳纤维或者玻璃纤维布、垫子或者带以及纤维预浸渍(被称为“预浸渍(预浸料，pre-preg)”)带。然而，术语“复合(复合材料)”还可以包括对金属基质或者陶瓷基质复合材料的参考。附图说明 [0013] 现在将通过仅仅示例的方式，参照附图来描述本发明的优选实施例，在附图中： [0014] 图1A是沉积材料以创建模板的设备的透视图； [0015] 图1B是计算机控制铣刀轴的透视图； [0017] 图1D是与材料沉积头相连的计算机控制机械臂的透视图； [0018] 图2是模板和所浇铸的建造元件的透视图； [0019] 图3是备选的所浇铸的建造元件的透视图； [0020] 图4是备选的模板和所浇铸的建造元件的局部截面图； [0021] 图5是又一备选的所浇铸的建造元件的透视图； [0023] 图7A是又一备选的模板和所浇铸的建造元件的分解图； [0024] 图7B是又一备选的所浇铸的建造元件的详细视图； [0025] 图8A和8B是另外备选的模板和相应的各自所浇铸的建造元件的透视图； [0026] 图9是被稳固至多个柱状物的备选的所浇铸的建造元件的透视图； [0027] 图10是将复合材料施加至不同模板的设备的透视图； [0028] 图11是两个另外的备选模板的透视图，其中一个模板被稳固有复合材料部分； [0029] 图12是又一备选模板的透视图，该模板被覆盖有复合材料并与又一备选的所浇铸的建造元件接合； [0030] 图13A是又一备选模板的透视图，该模板被稳固有复合材料部分； [0031] 图13B是具有一体化复合材料部分的两个备选的所浇铸建造元件的侧视图； [0032] 图14A和14B是被稳固有复合材料部分的备选模板的截面图以及使用该模板浇铸的备选建造元件的截面图； [0033] 图15A至15D示出了制造具有多个一体化复合材料部分的又一备选模板的各个阶段；以及 [0034] 图15E是具有多个一体化复合材料部分的备选的所浇铸建造元件的截面图。 具体实施方式[0035] 本公开内容大体上涉及一种用于使用模具(模板)来浇铸可凝结建筑材料如混凝土以形成建造元件的方法，该模具(模板)是由计算机控制设备响应于与模板几何结构相关的计算机指令制造的。特别地，本公开内容涉及一种用于使用由所述设备制造的至少一个可熔的或可溶解的模板来浇铸建筑材料以形成建造元件的方法，其中使所述至少一个模板熔化或溶解以从已固化的建造元件移除模板，并且所述模板材料可以被回收至计算机控制设备以用于重复使用。此外，本公开内容涉及一种用于使用由计算机控制设备制造的模板来浇铸建筑材料以形成建造元件的方法，其中被配置成影响建造元件的复合材料和/或表面处理被选择性地施加至模板并在浇铸过程中被转移到建造元件或者与建造元件一体化。 [0036] 在图1A中，示出了沉积材料以制造模板2的设备1。该设备1包括：第一吊架3和第二吊架4，被布置成彼此垂直并且能够相对于彼此移动；与托架6相连的可扩展臂5，该托架能够沿着第二吊架移动。材料沉积头7围绕至少两个轴可旋转地连接至臂5的端部。材料沉积头7具有通过软管9与具有基本液态的模板材料的模板材料容器(未示出)连通的一个或多个沉积喷嘴8。吊架3和4、托架6以及臂5相协作以使材料沉积头7在建筑容积内移动，该建筑容积被定义为与设备1相邻的容积，在此情况下低于吊架3和4。为了允许制造“建构规模”模板，即尺寸足以允许浇铸用于建筑物的较大建造元件的模板，建筑容积通常大于1m3。 [0037] 设备1响应于与模板几何结构相关的计算机指令使材料沉积头7在建筑容积内移动，并在特定位置处选择性地沉积模板材料部分以制造与模板几何结构相相对应的模板2。与模板几何结构相关的计算机指令取决于在计算机辅助设计(CAD)软件内创建的建造元件或者模板的数字三维(3D)模型。模板的建造元件的3D模型由操作CAD软件的用户来创建，和/或由CAD软件执行的算法来创建。通常，CAD数据是由于下述操作而得到的：用户在CAD软件的虚拟环境中对建造元件的几何结构进行建模(被称为数字“支架”)，并且CAD软件计算作为与所述支架的几何结构为相反几何结构的数字“模具”几何结构，这提供了浇铸建造元件所必需的模具(模板)几何结构。然后设备1被提供与数字模具相关并且指导该设备制造模板2的计算机指令。 [0038] 可选地，设备1包括3D扫描仪(未示出)，如近场声纳或者红外扫描仪，该3D扫描仪被配置为在制造过程中扫描模板2的几何结构，并以预定的间隔、利用3D模型来验证该几何结构。当3D扫描仪检测到与3D模型的变化超过预定容差时，设备1执行计算机指令以将正制造的模板2的几何结构调整至所定义的容差内。例如，这可能涉及到由设备1向模板2增加模板材料或者从模板移除模板材料。 [0039] 模板材料通常由设备1以连续的基本水平的平面层方式进行沉积，其中第一层被沉积在基底10上，并且每一后续层以与先前沉积的层至少部分接触的方式进行沉积。模板材料还可以沉积在可变平面上或者以非平面层的形式进行沉积，例如以形成模板材料的自支撑珠(bead)的连续曲面形式进行沉积。 [0040] 在设备1沉积模板材料的连续层以制造模板2的情况下，层的厚度通常在0.05至1cm的范围内，以使模板的分解最优。在某些情况下，材料层可能会比上述厚度厚，例如，在使制造大模板所需的时间最小化是优先考虑的事项的情况下，导致在层之间创建的“台阶”，或者导致形成在模板上的其它缺陷。在这种情况下，通过铣削(精加工)操作来消除“台阶”或者表面缺陷。这通常由设备1响应于计算机指令操作铣头(未示出)选择性地从模板移除部分模板材料来执行。 [0041] 模板材料从容器(未示出)以基本液态的形式供应至设备1，该模板材料具有足够的粘度以流过软管9到达喷嘴8。模板材料组成可以包括粘度调节剂以使模板材料的粘度最优化并促进流量。模板材料优选地在从喷嘴8沉积之前被加热到刚好超过该材料的熔点的温度，优选地在超过熔点0℃至10℃的范围内。在沉积之后不久，模板材料快速冷却并硬化，从而至少部分地凝固。模板材料被配置成在沉积后不久与先前沉积的模板材料的相邻部分形成连贯的结合体。 [0042] 优选地，模板材料是可熔的，如蜡化合物，该模板材料能够在相对低的温度下熔化，以在由设备1重复利用之前需要以最小限度处理的方式被收集并再循环至容器内。模板材料优选地被配置成在低于70℃的温度下熔化以确保：当加热模板2和与模板2接合的所浇铸的混凝土建造元件时，热量并不会显著影响在固化中的混凝土建造元件的结构，其可能会降低建造元件的强度。 [0043] 可替换地，模板材料是可溶解的，如石膏，该模板材料能够被溶解并且可选地被收集并再循环至容器。类似地，模板材料是利用化学溶液可溶解的，如泡沫。在使建造元件固化后，通过以下来溶解模板2：利用液体如化学溶液来喷射模板2或者将模板2和建造元件至少部分地浸没到液体中，从而使模板材料溶解并从所浇铸的建造元件移除模板。 [0044] 参照图1A，示出了部分制造的具有内部支架结构11的模板2，所述内部支架结构被配置为格架并且被浇铸表面12包围。浇铸表面12围绕支架结构11形成连续壳体，建筑材料最终倾倒在该壳体上并凝结，从而形成建造元件的几何结构。通过设备1将模板2制造成中空结构，该中空结构具有内部支架11以使制造模板2所需的时间和模板材料最小化，并且还使在从所浇铸建造元件移除模板2时熔化模板2所需的时间和能量最小化。支架结构11可以由一致的棋牌格图案(如图1A所示)或者互连托架的不规则结构形成。支架结构11的几何结构根据模板2的功能性需求优化，并且与同模板2相接触地浇铸的建造元件相关联。例如，根据浇铸期间模板2所支撑的建造元件的重量/密度，支架结构11的密度可以在模板2的整个内部容积范围内变化。可替选地，支架结构11可以形成允许流体通过模板2的一个或更多个管道，以在制造过程中对模板2进行冷却。 [0045] 在图1A中，模板2具有在基底10与浇铸表面12之间延伸的密封侧壁。可替换地，不存在一些侧壁的至少一部分，以允许液体或者气体穿过支架结构11以使模板2快速冷却并硬化，或者对模板2进行加热以减少收缩。类似地，选择性地对一些或者全部建筑容积进行温度控制以影响模板2和/或建造元件的温度。材料沉积头7还可以包括另外的喷射口(未示出)，以用于选择性地排出经加热或冷却的液体/气体来影响模板2的温度，并且在加热时选择性地熔化模板2以细化(精制)模板2的表面。 [0046] 图1B中，设备1与附接至臂5的铣刀轴13连接。响应于计算机指令，设备1将材料沉积头7与铣刀轴13交换，并且选择性地铣削模板2并移除特定位置处的模板材料。铣刀轴13可以包括与空气抽取(真空)系统相连的一个或多个进气口(未示出)，以将接近铣刀轴13的空气汲取到进气口并在由铣刀轴13移除该材料时收集模板材料的颗粒。 [0047] 图1C示出了设备1的备选方面，该设备具有可旋转地稳固至托架(未示出)的机械臂14。托架能够沿着固定至建筑容积的表面的轨道(未示出)移动。机械臂14具有从托架延伸的多个臂区段(部分，section)15、16和17，第一臂区段17可旋转地稳固至托架，并且每个其他臂区段15和16围绕至少一个轴可旋转地彼此连接。距离托架的远端臂区段16能够可旋转地连接至材料沉积头7(未示出)或者铣刀轴13。机械臂14能够围绕至少五个旋转轴旋转，从而允许铣刀轴13(或者沉积头7)在建筑容积内自由移动并精确地沉积或者铣削模板材料。 [0048] 在图1D中，图1C中示出的机械臂14连接至材料沉积头7并选择性地沉积模板材料部分以制造备选模板120。设备1被配置成响应于计算机指令在材料沉积头7和铣头13之间自动交换。还可以通过设备1来交换其它头，如机器人夹持器(未示出)，以抓握和移动物品或者喷射枪(未示出)以选择性地喷射流体。对于特定的大规模应用，提供沿着一个或多个轨道移动的多个机械臂14，从而允许在建筑容积的不同区域同时沉积和/或铣削模板材料。 [0049] 参照图1C和图1D，机械臂14的远端臂区段16可以另外配备有喷射嘴(未示出)，用于选择性地向模板2施加液体，如缓凝剂、酸(酸性物质)、颜料、涂料或者掩蔽材料。如之前所描述的，机械臂14的移动和向模板2施加液体均是计算机控制的。通常，选择性地施加喷射材料以形成图像或者功能性构造。诸如酸和缓凝剂的材料可能以不同的浓度施加，从而改变与模板2相接触的建筑材料被酸蚀刻的程度和/或使建筑材料的固化减缓的深度。当向模板2施加缓凝剂时，在固化建造元件并移除模板2之后，例如通过机械方式如加压水从建造元件移除与缓凝剂接触的未固化建筑材料，从而露出施加至模板并转移至建造元件的图像或功能特征。 [0050] 图2示出了在由设备1制造后具有起伏状浇铸表面12的模板2。建造元件17位于模板2旁边，建造元件与模板2相接触地进行浇铸，从而产生与浇铸表面12具有互补几何结构的表面。建造元件17是通过以下方式浇铸的：在设备1的建筑容积内制造模板2；向模板2的每一侧粘附遮板(未示出)，从而在遮板与模板2的浇铸表面12之间创建腔体；将基本上液态的建筑材料倾倒入腔体内；使与遮板和模板2相接触的建筑材料固化；以及从模板2拆卸遮板，并从所浇铸的建造元件17移除模板2。可替换地，模板2被制造有延伸侧壁，从而消除对遮板的需求。 [0051] 在图3中示出了备选的建造元件18。建造元件18已经根据上述方法步骤浇铸。建造元件18具有多个“悬伸”(另外被称为“底切”)表面19，悬伸表面创建出与底切表面19相邻的凹部，一旦建筑材料固化，这可以防止模板(未示出)被拉动为线性远离建造元件，从而使模板与建造元件18接合。因此，以高于模板材料的熔化温度的温度来加热接合的模板和建造元件18，从而使模板熔化并将模板从建造元件18中移除。模板材料被收集并再循环至模板材料容器中，在该模板材料容器中，所述材料可以被重复利用以由设备1制造另一模板。 [0052] 通常，当从建造元件移除模板时，优选在设备1的建筑容积内加热建造元件与模板两者以熔化模板，建筑容积的温度是受控的。然后，模板材料由排水系统收集、处理(如果有必要)并再循环至容器。模板材料的处理可以包括用于移除碎屑的过滤以及用于使材料的组成最优化的化学处理。 [0053] 图4是由设备1根据上述方法制造的芯板20以及另外的与芯板20接合的备选的所浇铸建造元件21的局部截面图。多个遮板22固定在建筑容积内并与芯板2间隔开，从而形成围绕芯板20的腔体，建筑材料被倾倒入该腔体内并且凝结以形成建造元件21。芯板20具有建筑材料穿透其中的多个钻孔23。在建筑材料固化后，在高于芯板20材料的熔化温度下对芯板20和建造元件21进行加热，从而熔化芯板20并从建造元件21除去芯板材料。可替换地，如果芯板20由可溶解材料或者可水溶解材料形成，则使用液体如化学溶液来溶解芯板。由于可以在不产生废弃模板材料的情况下快速地从建造元件22移除芯板20，所以这使得建造元件21能够被浇铸为具有复杂的中空内部结构，在此情况下具有与钻孔23相对应的多个有效且支撑得住的增强托架24。这在浇铸特定的设计或者工程特征诸如内部充气结构、通风井、管道和冷梁时特别有利。可替换地，芯板20的至少一部分可以留在所浇铸的元件21内以提供功能需求，如热交换(通过用作相变材料)、隔离或者结构增强。 [0054] 图5示出了使用备选的模具和芯板(未示出)形成的备选的所浇铸建造元件25。在这种情况下，在模具和芯板被熔化并从所浇铸元件24移除后，呈现出一些装饰性和/或功能性的腔体26。 [0055] 在图6中示出浇铸方法的可选的附加步骤，其中在倾倒建筑材料之前在建筑容积内装配增强结构27。这可能涉及到由设备1在特定位置制造支撑模板28，增强结构27被装配在支撑模板28上，从而在需要的位置处支撑增强结构27。增强结构27可以由设备1或者备选设备响应于计算机指令进行装配。支撑模板28还可以被形成为另一复杂几何结构模板(未示出)例如三维曲面结构的一部分，以支撑互补的复杂几何增强结构(未示出)。增强结构27可以包括：功能部件，如管道(用于布线、水管设施、供暖或空气调节)；绝缘(隔离)或声处理部件。 [0056] 在图7A中示出了形成为柱状物的又一备选的建造元件29。如上所述，由设备1制造出两个备选的模板30、31。模板30、31接合在一起，并在其间形成腔体。增强结构100被置于上述腔体内，其中增强结构为多个杆。建筑材料被倾倒入腔体内并与模板30、31以及增强结构100相接触地固化，从而形成具有与腔体相对应的几何结构并且具有一体化增强结构100的建造元件29。 [0057] 图7B示出了使用由设备1如上所述的那样制造的模板(未示出)所浇铸的、被配置为“冷梁”的又一备选建造元件101。建造元件101具有：多个一体化增强条102以增加元件101的强度；以及多个管道103，以允许流体诸如空气和/或水穿过建造元件101并调节建造元件的温度。特别地，管道103优选地被配置为使经冷却/经加热的水流过内部管道104并且使空气穿过外部管道105，从而调节围绕建造元件101的环境的温度。 [0058] 图8A示出了连接至在基底10上制造备选模板32的材料沉积头7的机械臂14。模板32是挤出型二维图案，其由从基底10延伸的曲肋形成。当将遮板33附接至基底10的每一侧，以在每个遮板33、基底10与模板32之间形成容积时，建筑材料被倾倒入该容积内并固化，从而形成建造元件34。先前浇铸的建造元件34(其被配置为使所述挤出型图案凸入到表面中的装饰板)邻近基底10定位。 [0059] 图8B示出了关于图8A描述的场景的备选布置，其中示出了连接至制造备选模板110的材料沉积头7的机械臂14。使用模板110浇铸的备选建造元件111位于模板110旁边。所浇铸的建造元件111具有与模板110相对应的几何结构，从而形成“花格镶板型(cofferred)”地板，该地板具有由多个肋112增强的基本中空结构。 [0060] 图9示出了使用上述方法浇铸的又一备选的大规模建造元件35。建造元件35被安装作为复杂柱状节点组件的一部分，该组件接合多个柱状物36。使用由设备1制造的一个或更多个模板将建造元件35浇铸为单个部件，以形成用以支撑由柱状物36施加的大量负荷的均质牢固结构。 [0061] 在图10中示出了在传送带40上的多个备选模板37、38、39，其每一个均由设备1如上所述的那样制造。机械臂14被定位在传送带40上方，并且可旋转地连接至复合扭绞头(lay-up head)41。响应于与传送带40上接近机械臂14的模板38的几何结构相关的计算机指令，机械臂14使复合扭绞头41移动，从而在特定位置处选择性地向模板38施加复合材料42。复合扭绞头41由复合垫料或者带的一个或多个心轴供给，并利用复合材料42的连续流缠绕模板38或者施加复合材料42的一部分。可替换地，复合扭绞头41包括喷嘴(未示出)，该喷嘴与一个或更多个复合材料容器(未示出)流体连通，并响应于计算机指令在模板38的特定位置处选择性地喷射一层或更多层的一种或更多种复合材料。并且，复合材料可以被手动地施加至模板，例如，在模板的几何结构特别复杂并且不能被机械臂14访问的情况下。 [0062] 在通过复合扭绞头41向模板38施加复合材料之后(期间)，复合材料42以与模板38相接触的方式至少部分地固化，以形成一个或更多个复合材料元件。模板38和各个复合材料元件随后可以在浇铸建造元件期间以多种方式被使用。 [0063] 例如，模板39被施加有复合材料，并且所施加的复合材料与浇铸表面43相接触地固化，以形成与浇铸表面43相对应的均质复合材料表皮44。模板39和复合材料表皮44随后被建筑材料至少部分地覆盖并且建筑材料固化，从而形成建造元件(未示出)。建筑材料与复合材料表皮44相接触地固化，从而在建筑材料与复合材料表皮之间形成结合体(bond)。模板39随后从建造元件移除，从而露出稳固至建造元件的相应部分的复合材料表皮44。这特别适用于下述情况：利用复合材料来涂覆潜在复杂的建造元件的内部结构的一个或者多个部分是有用的，以受益于复合材料的功能性或者装饰性(美学)特性。 [0064] 可替换地，例如，在使与模板38相接触的复合材料固化以形成复合材料壳体45之后，从复合材料壳体45中移除模板38。复合材料壳体45随后被至少部分地填充建筑材料，并且使建筑材料固化，从而形成具有一体化复合材料壳体的备选建造元件(未示出)。这特别适用于下述情况：利用复合材料来涂覆建造元件的外部区域或者形成围绕建造元件的连续复合壳体是有用的。 [0065] 在图11中示出了两个备选模板46、47，两个模板46、47均由设备1如上所述的那样进行制造，第二模板47以局部截面图示出。第一模板46被施加有横跨顶表面和侧壁的复合材料部分48。第二模板47与第一模板46间隔开，从而在第一模板46和第二模板47之间提供腔体49。建筑材料被倾倒入腔体49中，并与两个模板46、47和复合材料部分48相接触地固化，从而形成建造元件(未示出)。两个模板46、47随后从建造元件移除，呈现出下述建造元件：该建造元件具有与腔体49相对应的几何结构并且具有一体地接合至该建造元件、横跨中央空隙的复合元件48，该复合元件提供增强结构。 [0066] 在图12中示出了另外的备选的建造元件50，在该建造元件50内稳固有备选的复合材料结构51。复合材料结构51是通过下述方式形成的：向由设备1制备的相应的第一模板(未示出)施加复合材料，并且使该复合材料至少部分地固化。随后由设备1制造与复合材料结构51相接触的第二模板(未示出)，以创建腔体。建筑材料被倾倒入腔体内并固化。随后移除第一模板和第二模板，露出具有复合材料底座51的柱状建造元件50，所述复合材料底座在建造元件50内延伸，从而提供了复杂的复合表皮化内部结构。 [0067] 可选地，复合材料结构51还可以被填充有第二建筑材料，并且使第二建筑材料固化以形成包围在复合材料结构51内的第二建造元件。第二建筑材料可以被指定为与用于浇铸柱状建造元件50的建筑材料相同或者不同，从而提供不同的功能性或者装饰性特性。例如，柱状建造元件50可以由混凝土形成，从而提供抗压强度和抗张强度，而第二建造元件由泡沫聚合物形成，以提供隔离性。 [0068] 图13A示出了由设备1如上所述的那样制造的又一备选模板52，在该模板的顶表面上稳固有复合材料网53。图13B示出了两个备选的建造元件54、55，所述两个建造元件均包括夹在凝固的建筑材料层之间的复合材料层。建造元件54、55是使用模板52或者类似模板浇铸的。 [0069] 例如，模板52在外部模板部分57和内部模板部分58之间限定腔体56。建筑材料被倾倒入腔体56内，并与模板部分57、58以及复合材料网53相接触地固化，从而形成具有一体化复合材料网53的固态建造元件部分59。随后可以重复此过程，从而在外部模板部分57和内部模板部分58的顶表面上制造另外的外部和内部模板部分(未示出)，稳固另外的复合材料网53，并且浇铸另外的建造元件部分59。重复此过程，从而以阶段性过程生成建造元件55。 [0070] 图14A示出了由设备1如上所述的那样制造的备选模板60的横截面。模板60包括具有多个线性空隙62的内部部分61。在由设备1进行制造期间，复合材料63被施加至线性空隙62的表面中的至少一些表面，从而形成沿线性空隙62延伸的复合网。模板还包括外部部分 64，所述外部部分具有与内部部分61间隔开的内表面，从而形成腔体65。在浇铸过程期间，建筑材料被倾倒入腔体65内，从而填充腔体65和线性空隙62。使建筑材料固化，从而形成固态建造元件66，如图14B所示。建造元件66为基本中空结构，具有跨越其内部容积的梁67的网络，每一梁67具有沿着其一些表面延伸的复合材料63，从而提供复合增强结构。这在生产有可能经历特定的和大量的静荷载或动荷载循环例如地震冲击的建造元件时是特别有用的，原因在于涂覆有复合材料的梁67增加了建造元件66的强度和钢度而没有显著增加建造元件的重量。 [0071] 在图15A-15E中，由设备1响应于计算机指令、通过机械臂14选择性地操作材料沉积头7和铣刀轴13来分阶段地制造又一备选模板68。在每一制造阶段其间，机械臂14操作复合扭绞头41以选择性地向模板68施加复合材料部分69。重复制造模板68并且重复向模板68施加复合材料69产生嵌入到模板68中的复合材料层69。在与第一模板69相邻处制造或定位第二模板70，从而在模板68和70之间形成腔体71。建筑材料被倾倒入腔体71内并固化，从而形成固态建造元件72。随后优选地通过熔化至少第一模板68来从建造元件72中移除模板68、70，从而呈现出建造元件72内的中空内部，该中空内部具有由复合材料部分69形成的一体化复合支架73。 |
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