用于筒体结构的3D打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的用于筒体结构的3D打印装置及方法，涉及建筑施工技术领域。针对现有3D打印装置稳定性差、定位精度及打印效率低的问题。它包括高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置；高度方向自适应扩展装置包括导轨基座及能够沿其爬升或下降的顶升机构；打印装置的内部导轨梁通过内支撑梁与顶升机构连接，外部导轨梁通过外支撑梁与顶升机构连接，打印头导轨横梁能够沿内外部导轨梁的轨道滑行；标准节提升装置包括框架结构，提升旋转驱动机构及提升支架，3D打印方法：控制打印头在内外部导轨梁之间的环形平面内喷射建筑材料打印筒体结构各截面层，将吊装的基座标准节安装于导轨基座的顶端以扩展导轨基座高度，沿高度方向逐层打印筒体结构。

【技术实现步骤摘要】
筒体结构的3D打印装置及方法
本专利技术涉及建筑施工
，特别涉及一种筒体结构的3D打印装置及方法。
技术介绍
传统建筑业的机械化和自动化程度较低，行业发展迫切需要转型升级。近年来，日渐成熟的3D打印技术给劳动力密集型的建筑业带来巨大的变革和技术创新，建筑3D打印技术利用打印智能控制使建筑物一次成型，建筑耗材和工艺损耗少，而机械化、自动化程度高，因此，建筑3D打印技术是实现建筑业转型升级的一种重要手段，也是实现建筑高效、安全、数字化、自动化及智能化建造的有效途径。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体，常见的有电厂火力冷却塔、粮仓等。对于高大异形筒体结构的施工建造，施工全过程高度依赖施工人员，而且作业环境苛刻，极易发生安全事故。现有高层或超高层建(构)筑物的3D打印装置及方法具有以下局限性：(1)与3D打印装置连接的连续爬升装置需附着在已打印建筑体的外立面，不适用于具有连续变截面的高大筒体结构施工；(2)基于塔吊改装的自爬升打印装置的稳定性和精度均难以保障；(3)3D打印装置打印头的定位系统主要是基于直角坐标或极坐标系原理，定位精度低且打印效率低。可见，现有建(构)筑物的3D打印装置并不适用于筒体结构的建造。
技术实现思路
针对现有高层或超高层建(构)筑物的3D打印装置必须附着已打印的建筑体外立面，稳定性差、定位精度低、打印效率低，且无法用于具有连续变截面的高大筒体结构施工的问题。本专利技术的目的是提供一种筒体结构的3D打印装置及方法，能够实现变截面高大筒体结构建(构)筑物的高效高精度的自动化建造。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：筒体结构的3D打印装置包括自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置；所述高度方向自适应扩展装置包括竖向设置且与地下基础刚性连接的导轨基座，及套设于所述导轨基座外侧且能够沿所述导轨基座爬升或下降的顶升机构；所述导轨基座由若干基座标准节拼装而成，所述基座标准节包括柱型的支撑主体，沿所述支撑主体轴线方向平行设置且安装于所述支撑主体外壁的若干导轨标准节，以及固定于所述支撑主体内腔顶端或底端的扩展连接件，多个所述基座标准节通过扩展连接件依次卡接，使得多个所述导轨标准节拼接为连续的导轨，所述顶升机构包括一支撑框架，安装于所述支撑框架内侧的若干能够沿所述导轨滑动的滚轮及顶升驱动制动器；所述打印装置包括环形、间隔设置且同圆心的内部导轨梁和外部导轨梁，径向设置的内支撑梁和外支撑梁，设置于所述内部导轨梁和所述外部导轨梁之间的打印头导轨横梁，垂直安装于所述打印头导轨横梁底部的打印头，设置于所述打印头导轨横梁两端的导轨横梁驱动制动机构，及设置于所述打印头与所述打印头导轨横梁连接处的打印头驱动制动机构；所述内部导轨梁通过所述内支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接，所述外部导轨梁通过所述外支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接，所述打印头导轨横梁能够沿所述内部导轨梁和所述外部导轨梁的轨道滑行，且滑行过程中所述打印头导轨横梁的延长线均通过所述内部导轨梁的圆心；所述标准节提升装置包括与所述打印装置的内部导轨梁连接的框架结构，设置于所述框架结构顶端的提升旋转驱动机构，及安装于所述提升旋转驱动机构顶端的提升支架；所述提升支架的一端连接提升平衡装置，所述提升支架的另一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构；所述高度方向自适应扩展装置、打印装置和标准节提升装置均与动力控制系统通信连接。优选的，所述高度方向自适应扩展装置还包括若干伸缩式附着连接件，所述伸缩式附着连接件的一端与支撑主体侧壁连接，其另一端与已施工筒体结构的内壁连接。优选的，所述内部导轨梁的纵截面呈C形，竖向设置于所述内部导轨梁内的分隔板将其内腔划分为建筑材料容纳腔及C形的滑道一，所述建筑材料容纳腔的顶端设有注入口，所述建筑材料容纳腔的侧壁设有通孔一，所述外部导轨梁具有C形的滑道二，所述打印头导轨横梁的两端分别设有与所述滑道一和所述滑道二的凹槽相配合的滑块，使得所述打印头导轨横梁的两端能够沿所述滑道一和所述滑道二滑动，所述打印头导轨横梁具有密闭的中空腔室，所述打印头导轨横梁靠近所述内部导轨梁的一端设有与所述通孔一相对应的通孔二。优选的，所述内支撑梁和所述外支撑梁均布且交错设置于所述顶升机构的支撑框架上。优选的，所述标准节提升装置的框架结构包括均布于所述内部导轨梁上且平行设置的若干竖杆，设置于所述竖杆顶端且首尾相连的若干横杆，及若干安装于相邻两根横杆或竖杆之间的斜杆。优选的，所述标准节提升装置的提升支架包括与提升旋转驱动机构活动连接的提升横梁、安装于所述提升横梁上的提升立柱，及分别连接于所述提升横梁端部和所述提升立柱顶部的若干拉接件，所述提升横梁短臂的一端连接提升平衡装置，所述提升横梁长臂的一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构。优选的，设置于所述导轨基座底部的底座与地下基础螺栓连接。另外，本专利技术还提供了一种筒体结构的3D打印方法，步骤如下：S101：建造地下基础，将如权利要求1至7任一项所述的筒体结构的3D打印装置固定于所述地下基础；S102：通过动力控制系统向所述3D打印装置发送控制指令，通过导轨横梁驱动制动机构控制打印头导轨横梁围绕圆心在内部导轨梁和外部导轨梁之间的环形平面内转动和制动，通过打印头驱动制动机构控制打印头相对于所述打印头导轨横梁在所述环形平面内作线性运动和制动，通过控制打印头杆使得打印头在垂直方向作伸缩运动，并控制所述打印头在所述环形平面内喷射建筑材料以实现所述筒体结构各截面层的打印施工，待已打印筒体结构的高度超过所述打印头杆的伸缩范围时，启动顶升机构带动所述打印装置向上爬升，自下向上沿高度方向逐层打印所述筒体结构；S103：当所述已打印筒体结构的高度超过一节基座标准节的高度时，通过所述动力控制系统向标准节提升装置发送控制指令，将吊装的基座标准节安装于导轨基座的顶端，实现所述基座标准节的提升和扩展就位；S104：启动所述顶升机构，向上顶升直至所述打印头超过所述已打印筒体结构一定高度后并制动，重复步骤S102和步骤S103，如此循环逐层打印所述筒体结构。优选的，所述步骤S102还包括，待所述已打印筒体结构的高度接近一节所述基座标准节的长度时，安装伸缩式附着连接件，使所述伸缩式附着连接件的两端分别与所述已打印筒体结构及所述基座标准节连接固定。优选的，所述步骤S102还包括，所述动力控制系统发送控制信号，建筑材料通过注入口进入建筑材料容纳腔，经通孔一和通孔二流入所述打印头导轨横梁的中空腔室，并进入所述打印头实施打印。本专利技术的效果在于：一、专利技术的筒体结构的3D打印装置，它包括自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置；高度方向自适应扩展装置的导轨基座由若干基座标准节拼装而成，使得安装于基座标准节外壁的导轨标准节能够拼装成连续的导轨，设置于导轨基座外侧的顶升机构能够沿导轨爬升，随着筒体结构打印高度的增加，安装于内部导轨梁顶部的标准节提升装置能够吊运基座标准节并依次安装于导轨基座上，实现导轨基座高度的自适应调节；打印装置的内部导轨梁和外部导轨梁通过支撑梁与顶升机构连接，连接有打印头的打印头导轨横梁的两端能够沿内部导轨梁和外部导轨梁的轨道滑动，打印头导轨横梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
筒体结构的3D打印装置,其特征在于，包括：自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置；所述高度方向自适应扩展装置包括竖向设置且与地下基础刚性连接的导轨基座，及套设于所述导轨基座外侧且能够沿所述导轨基座爬升或下降的顶升机构；所述导轨基座由若干基座标准节拼装而成，所述基座标准节包括柱型的支撑主体，沿所述支撑主体轴线方向平行设置且安装于所述支撑主体外壁的若干导轨标准节，以及固定于所述支撑主体内腔顶端或底端的扩展连接件，多个所述基座标准节通过扩展连接件依次卡接，使得多个所述导轨标准节拼接为连续的导轨，所述顶升机构包括一支撑框架，安装于所述支撑框架内侧的若干能够沿所述导轨滑动的滚轮及顶升驱动制动器；所述打印装置包括环形、间隔设置且同圆心的内部导轨梁和外部导轨梁，径向设置的内支撑梁和外支撑梁，设置于所述内部导轨梁和所述外部导轨梁之间的打印头导轨横梁，垂直安装于所述打印头导轨横梁底部的打印头，设置于所述打印头导轨横梁两端的导轨横梁驱动制动机构，及设置于所述打印头与所述打印头导轨横梁连接处的打印头驱动制动机构；所述内部导轨梁通过所述内支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接，所述外部导轨梁通过所述外支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接，所述打印头导轨横梁能够沿所述内部导轨梁和所述外部导轨梁的轨道滑行，且滑行过程中所述打印头导轨横梁的延长线均通过所述内部导轨梁的圆心；所述标准节提升装置包括与所述打印装置的内部导轨梁连接的框架结构，设置于所述框架结构顶端的提升旋转驱动机构，及安装于所述提升旋转驱动机构顶端的提升支架；所述提升支架的一端连接提升平衡装置，所述提升支架的另一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构；所述高度方向自适应扩展装置、打印装置和标准节提升装置均与动力控制系统通信连接。...

【技术特征摘要】
1.筒体结构的3D打印装置,其特征在于，包括：自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置；所述高度方向自适应扩展装置包括竖向设置且与地下基础刚性连接的导轨基座，及套设于所述导轨基座外侧且能够沿所述导轨基座爬升或下降的顶升机构；所述导轨基座由若干基座标准节拼装而成，所述基座标准节包括柱型的支撑主体，沿所述支撑主体轴线方向平行设置且安装于所述支撑主体外壁的若干导轨标准节，以及固定于所述支撑主体内腔顶端或底端的扩展连接件，多个所述基座标准节通过扩展连接件依次卡接，使得多个所述导轨标准节拼接为连续的导轨，所述顶升机构包括一支撑框架，安装于所述支撑框架内侧的若干能够沿所述导轨滑动的滚轮及顶升驱动制动器；所述打印装置包括环形、间隔设置且同圆心的内部导轨梁和外部导轨梁，径向设置的内支撑梁和外支撑梁，设置于所述内部导轨梁和所述外部导轨梁之间的打印头导轨横梁，垂直安装于所述打印头导轨横梁底部的打印头，设置于所述打印头导轨横梁两端的导轨横梁驱动制动机构，及设置于所述打印头与所述打印头导轨横梁连接处的打印头驱动制动机构；所述内部导轨梁通过所述内支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接，所述外部导轨梁通过所述外支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接，所述打印头导轨横梁能够沿所述内部导轨梁和所述外部导轨梁的轨道滑行，且滑行过程中所述打印头导轨横梁的延长线均通过所述内部导轨梁的圆心；所述标准节提升装置包括与所述打印装置的内部导轨梁连接的框架结构，设置于所述框架结构顶端的提升旋转驱动机构，及安装于所述提升旋转驱动机构顶端的提升支架；所述提升支架的一端连接提升平衡装置，所述提升支架的另一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构；所述高度方向自适应扩展装置、打印装置和标准节提升装置均与动力控制系统通信连接。2.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于：所述高度方向自适应扩展装置还包括若干伸缩式附着连接件，所述伸缩式附着连接件的一端与支撑主体侧壁连接，其另一端与已施工筒体结构的内壁连接。3.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于：所述内部导轨梁的纵截面呈C形，竖向设置于所述内部导轨梁内的分隔板将其内腔划分为建筑材料容纳腔及C形的滑道一，所述建筑材料容纳腔的顶端设有注入口，所述建筑材料容纳腔的侧壁设有通孔一，所述外部导轨梁具有C形的滑道二，所述打印头导轨横梁的两端分别设有与所述滑道一和所述滑道二的凹槽相配合的滑块，使得所述打印头导轨横梁的两端能够沿所述滑道一和所述滑道二滑动，所述打印头导轨横梁具有密闭的中空腔室，所述打印头导轨横梁靠近所述内部导轨梁的一端设有与所述通孔一相对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：左自波，黄玉林，周虹，李荣帅，杜晓燕，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31