建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法技术方案

为了解决现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题，本发明专利技术提供一种建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法。由于设置了升降装置，在进行深层地基基础的施工时，可以将升降装置安装深层地基基础中，本发明专利技术通过升降装置移动深层施工位置，对深层地基基础进行施工，在地基基础完成后，本发明专利技术也可以通过升降装置移动至地面上方，对上部结构进行施工，与地基基础一体成型，而从解决了现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题。

【技术实现步骤摘要】
建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法
本专利技术涉及建筑施工
，特别涉及一种建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法。
技术介绍
传统建筑业的机械化和自动化程度较低，其发展迫切需要转型升级。随着3D打印技术的发展并逐渐成熟，该技术将给劳动力密集型的建筑业带来技术革新。建筑3D打印技术具有机械化自动化程度高、一次成型、建筑耗材和工艺损耗少等特点，是实现建筑业转型升级的一种重要手段，是解决建筑高效、安全、数字化、自动化、智能化建造的有效途径，其研究已成为建筑业的发展趋势。然而，现有多数3D打印装置仅适用于地上建(构)筑物施工，仅有个别3D打印装置适用于浅层地基基础的施工，无法进行深层地基基础的施工，且无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造。因此，研究一种应用于适用于地下深层工程且适用于地上建(构)筑物的一体化3D打印装置及安全建造方法是本领域迫切需要解决的技术难题。
技术实现思路
为了解决现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题，本专利技术提供一种建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法。本专利技术的一种建筑工程一体化3D打印建造系统的技术方案如下：一种建筑工程一体化3D打印建造系统，包括模块化三轴驱动导向装置、柔性3D打印头、柔性掘进排土装置、以及升降装置；所述模块化三轴驱动导向装置包括，X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、打印头导轨横梁、以及掘进排土装置导轨横梁；所述X轴导轨与Y轴导轨两两连接，形成XY平面导架；所述Z轴导轨上设置Z方向导架驱动制动器，XY平面导架的端点分别与各个Z方向导架驱动制动器连接，XY平面导架沿Z轴导轨方向随Z方向导架驱动制动器运动；所述Y轴导轨上设置Y方向打印头驱动制动器、以及Y方向掘进排土装置驱动制动器，打印头导轨横梁的两端分别与Y方向打印头驱动制动器连接，打印头导轨横梁沿Y轴导轨方向随Y方向打印头驱动制动器运动，掘进排土装置导轨横梁的两端分别与Y方向掘进排土装置驱动制动器连接，掘进排土装置导轨横梁沿Y轴导轨方向随Y方向掘进排土装置驱动制动器运动；所述打印头导轨横梁上设置X方向打印头驱动制动器，柔性3D打印头与X方向打印头驱动制动器垂直连接，柔性3D打印头沿X轴导轨方向随X方向打印头驱动制动器运动，打印头导轨横梁的端部设置材料入口；所述掘进排土装置导轨横梁上设置X方向掘进排土装置驱动制动器，柔性掘进排土装置与X方向掘进排土装置驱动制动器垂直连接，柔性掘进排土装置沿X轴导轨方向随X方向掘进排土装置驱动制动器运动，掘进排土装置导轨横梁的端部设置土及碎石出口；所述升降装置，包括竖向导轨、以及Z方向模块驱动制动器，Z轴导轨分别与相应的Z方向模块驱动制动器连接，模块化三轴驱动导向装置沿Z轴导轨方向随Z方向模块驱动制动器运动。本专利技术的建筑工程一体化3D打印建造系统的有益效果如下：本专利技术的一种建筑工程一体化3D打印建造系统，由于设置了升降装置，在进行深层地基基础的施工时，可以将升降装置安装深层地基基础中，本专利技术通过升降装置移动深层施工位置，对深层地基基础进行施工，在地基基础完成后，本专利技术也可以通过升降装置移动至地面上方，对上部结构进行施工，与地基基础一体成型，而从解决了现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题。进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的打印工作更加灵活，所柔性3D打印头包括，打印头稳定支架、打印头水平面旋转驱动、模块化打印头杆、打印头旋转机构、打印头伸缩杆、材料供给系统、以及材料喷头；所述打印头旋转机构包括，打印头旋转驱动、一端旋转连接于打印头旋转驱动的打印头杆臂、以及一端旋转连接于打印头旋转驱动的打印头伸缩杆臂；所述打印头伸缩杆包括，打印头伸缩杆杆身、设置于打印头伸缩杆杆身根部的打印头伸缩杆连接件、以及设置于打印头伸缩杆杆身内部的打印头伸缩杆驱动器；所述材料喷头包括，喷头连接件、喷头支架、喷头材料仓、以及可更换式喷头，喷头材料仓的一端通过喷头支架与喷头连接件的一端连接，喷头材料仓的另一端与可更换式喷头连接；所述材料供给系统包括，柔性管，以及设置于柔性管两端的柔性管接口；所述模块化打印头杆的一端与打印头水平面旋转驱动连接，另一端与打印头杆臂连接；所述打印头水平面旋转驱动通过打印头稳定支架与X方向打印头驱动制动器连接；所述打印头伸缩杆连接件与打印头伸缩杆臂连接，打印头伸缩杆杆身的端部通过喷头连接件、喷头支架与喷头材料仓连接，打印头伸缩杆杆身内腔与喷头材料仓内腔连通；所述柔性管接口中的一个与打印头稳定支架连接，另一个柔性管接口与打印头伸缩杆杆身连接，建筑材料从材料入口进入，依次通过相互连通的打印头导轨横梁内腔、打印头稳定支架内腔、柔性管、打印头伸缩杆杆身内腔流入喷头材料仓。进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的打印工作更加灵活，所述模块化打印头杆包括若干打印头杆标准节，所述打印头杆标准节首尾设置打印头杆标准节连接件，所述若干打印头杆标准节首尾相连形成模块化打印头杆。进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的挖掘工作更加灵活，所述柔性掘进排土装置包括，掘进排土装置稳定支架、掘进排土装置水平面旋转驱动、模块化掘进排土装置杆、掘进排土装置旋转机构、掘进排土装置伸缩杆、排土通道、以及CNC掘进排土机；所述掘进排土装置旋转机构包括，掘进排土装置旋转驱动、一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动的掘进排土装置杆臂、以及一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动的掘进排土装置伸缩杆臂；所述掘进排土装置伸缩杆包括，掘进排土装置伸缩杆杆身、设置于掘进排土装置伸缩杆杆身根部的掘进排土装置伸缩杆连接件、以及设置于掘进排土装置伸缩杆杆身内部的掘进排土装置伸缩杆驱动器；所述CNC掘进排土机包括，掘进排土机连接件、掘进排土机支架、以及CNC掘进排土机机头，CNC掘进排土机机头通过掘进排土机支架与掘进排土机连接件连接；所述模块化掘进排土装置杆的一端与掘进排土装置水平面旋转驱动连接，另一端与掘进排土装置杆臂连接；所述掘进排土装置水平面旋转驱动通过掘进排土装置稳定支架与X方向掘进排土装置驱动制动器连接；所述掘进排土装置伸缩杆连接件与掘进排土装置伸缩杆臂连接，掘进排土装置伸缩杆杆身的端部通过掘进排土机连接件、掘进排土机支架与CNC掘进排土机机头连接；所述排土通道依次贯通掘进排土机支架内腔、掘进排土装置伸缩杆杆身内腔、掘进排土装置伸缩杆臂内腔、掘进排土装置杆臂内腔、模块化掘进排土装置杆内腔、掘进排土装置稳定支架内腔、掘进排土装置导轨横梁内腔、土及碎石出口，土及碎石通过排土通道从土及碎石出口排出。进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的挖掘工作更加灵活，所述模块化掘进排土装置杆包括若干掘进排土装置杆标准节，所述掘进排土装置杆标准节首尾设置掘进排土装置杆标准节连接件，所述若干掘进排土装置杆标准节首尾相连形成模块化掘进排土装置杆。本专利技术的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的技术方案如下：进一步的，所述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，用于地下工程的施工，包括如下步骤：第一步，调整CNC掘进排土机机头至竖直方向，对地面逐层铣削掘进开挖，形成第一层围护结构空腔，挖出的土及碎石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，包括模块化三轴驱动导向装置(100)、柔性3D打印头(200)、柔性掘进排土装置(300)、以及升降装置(400)；所述模块化三轴驱动导向装置(100)包括，X轴导轨(170)、Y轴导轨(180)、Z轴导轨(190)、打印头导轨横梁(210)、以及掘进排土装置导轨横梁(310)；所述X轴导轨(170)与Y轴导轨(180)两两连接，形成XY平面导架；所述Z轴导轨(190)上设置Z方向导架驱动制动器(110)，XY平面导架的端点分别与各个Z方向导架驱动制动器(110)连接，XY平面导架沿Z轴导轨(190)方向随Z方向导架驱动制动器(110)运动；所述Y轴导轨(180)上设置Y方向打印头驱动制动器(120)、以及Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)，打印头导轨横梁(210)的两端分别与Y方向打印头驱动制动器(120)连接，打印头导轨横梁(210)沿Y轴导轨(180)方向随Y方向打印头驱动制动器(120)运动，掘进排土装置导轨横梁(310)的两端分别与Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)连接，掘进排土装置导轨横梁(310)沿Y轴导轨(180)方向随Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)运动；所述打印头导轨横梁(210)上设置X方向打印头驱动制动器(222)，柔性3D打印头(200)与X方向打印头驱动制动器(222)垂直连接，柔性3D打印头(200)沿X轴导轨(170)方向随X方向打印头驱动制动器(222)运动，打印头导轨横梁(210)的端部设置材料入口(500)；所述掘进排土装置导轨横梁(310)上设置X方向掘进排土装置驱动制动器(322)，柔性掘进排土装置(300)与X方向掘进排土装置驱动制动器(322)垂直连接，柔性掘进排土装置(300)沿X轴导轨(170)方向随X方向掘进排土装置驱动制动器(322)运动，掘进排土装置导轨横梁(310)的端部设置土及碎石出口(600)；所述升降装置(400)，包括竖向导轨(410)、以及Z方向模块驱动制动器(420)，Z轴导轨(190)分别与相应的Z方向模块驱动制动器(420)连接，模块化三轴驱动导向装置(100)沿Z轴导轨(190)方向随Z方向模块驱动制动器(420)运动。...

【技术特征摘要】
1.一种建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，包括模块化三轴驱动导向装置(100)、柔性3D打印头(200)、柔性掘进排土装置(300)、以及升降装置(400)；所述模块化三轴驱动导向装置(100)包括，X轴导轨(170)、Y轴导轨(180)、Z轴导轨(190)、打印头导轨横梁(210)、以及掘进排土装置导轨横梁(310)；所述X轴导轨(170)与Y轴导轨(180)两两连接，形成XY平面导架；所述Z轴导轨(190)上设置Z方向导架驱动制动器(110)，XY平面导架的端点分别与各个Z方向导架驱动制动器(110)连接，XY平面导架沿Z轴导轨(190)方向随Z方向导架驱动制动器(110)运动；所述Y轴导轨(180)上设置Y方向打印头驱动制动器(120)、以及Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)，打印头导轨横梁(210)的两端分别与Y方向打印头驱动制动器(120)连接，打印头导轨横梁(210)沿Y轴导轨(180)方向随Y方向打印头驱动制动器(120)运动，掘进排土装置导轨横梁(310)的两端分别与Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)连接，掘进排土装置导轨横梁(310)沿Y轴导轨(180)方向随Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)运动；所述打印头导轨横梁(210)上设置X方向打印头驱动制动器(222)，柔性3D打印头(200)与X方向打印头驱动制动器(222)垂直连接，柔性3D打印头(200)沿X轴导轨(170)方向随X方向打印头驱动制动器(222)运动，打印头导轨横梁(210)的端部设置材料入口(500)；所述掘进排土装置导轨横梁(310)上设置X方向掘进排土装置驱动制动器(322)，柔性掘进排土装置(300)与X方向掘进排土装置驱动制动器(322)垂直连接，柔性掘进排土装置(300)沿X轴导轨(170)方向随X方向掘进排土装置驱动制动器(322)运动，掘进排土装置导轨横梁(310)的端部设置土及碎石出口(600)；所述升降装置(400)，包括竖向导轨(410)、以及Z方向模块驱动制动器(420)，Z轴导轨(190)分别与相应的Z方向模块驱动制动器(420)连接，模块化三轴驱动导向装置(100)沿Z轴导轨(190)方向随Z方向模块驱动制动器(420)运动。2.如权利要求1所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述柔性3D打印头(200)包括，打印头稳定支架(221)、打印头水平面旋转驱动(223)、模块化打印头杆(230)、打印头旋转机构(240)、打印头伸缩杆(250)、材料供给系统(260)、以及材料喷头(270)；所述打印头旋转机构(240)包括，打印头旋转驱动(242)、一端旋转连接于打印头旋转驱动(242)的打印头杆臂(241)、以及一端旋转连接于打印头旋转驱动(242)的打印头伸缩杆臂(243)；所述打印头伸缩杆(250)包括，打印头伸缩杆杆身(252)、设置于打印头伸缩杆杆身(252)根部的打印头伸缩杆连接件(251)、以及设置于打印头伸缩杆杆身(252)内部的打印头伸缩杆驱动器(253)；所述材料喷头(270)包括，喷头连接件(271)、喷头支架(272)、喷头材料仓(273)、以及可更换式喷头(274)，喷头材料仓(273)的一端通过喷头支架(272)与喷头连接件(271)的一端连接，喷头材料仓(273)的另一端与可更换式喷头(274)连接；所述材料供给系统(260)包括，柔性管(262)，以及设置于柔性管(262)两端的柔性管接口(261)；所述模块化打印头杆(230)的一端与打印头水平面旋转驱动(223)连接，另一端与打印头杆臂(241)连接；所述打印头水平面旋转驱动(223)通过打印头稳定支架(221)与X方向打印头驱动制动器(222)连接；所述打印头伸缩杆连接件(251)与打印头伸缩杆臂(243)连接，打印头伸缩杆杆身(252)的端部通过喷头连接件(271)、喷头支架(272)与喷头材料仓(273)连接，打印头伸缩杆杆身(252)内腔与喷头材料仓(273)内腔连通；所述柔性管接口(261)中的一个与打印头稳定支架(221)连接，另一个柔性管接口(261)与打印头伸缩杆杆身(252)连接，建筑材料从材料入口(500)进入，依次通过相互连通的打印头导轨横梁(210)内腔、打印头稳定支架(221)内腔、柔性管(262)、打印头伸缩杆杆身(252)内腔流入喷头材料仓(273)。3.如权利要求2所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述模块化打印头杆(230)包括若干打印头杆标准节(232)，所述打印头杆标准节(232)首尾设置打印头杆标准节连接件(231)，所述若干打印头杆标准节(232)首尾相连形成模块化打印头杆(230)。4.如权利要求3所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述柔性掘进排土装置(300)包括，掘进排土装置稳定支架(321)、掘进排土装置水平面旋转驱动(323)、模块化掘进排土装置杆(330)、掘进排土装置旋转机构(340)、掘进排土装置伸缩杆(350)、排土通道(360)、以及CNC掘进排土机(370)；所述掘进排土装置旋转机构(340)包括，掘进排土装置旋转驱动(342)、一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动(342)的掘进排土装置杆臂(341)、以及一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动(342)的掘进排土装置伸缩杆臂(343)；所述掘进排土装置伸缩杆(350)包括，掘进排土装置伸缩杆杆身(352)、设置于掘进排土装置伸缩杆杆身(352)根部的掘进排土装置伸缩杆连接件(351)、以及设置于掘进排土装置伸缩杆杆身(352)内部的掘进排土装置伸缩杆驱动器(353)；所述CNC掘进排土机(370)包括，掘进排土机连接件(371)、掘进排土机支架(372)、以及CNC掘进排土机机头(374...

【专利技术属性】
技术研发人员：左自波，黄玉林，吴小建，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