单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法技术方案

针对现有打印系统只有一个打印头，打印效率较低、系统控制复杂的问题，本发明专利技术提供一种单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法，该系统包括打印装置与电动爬升装置，电动爬升装置设置于已打印建筑的外立面上，电动爬升装置能够带动打印装置在竖直方向上移动；打印装置包括一对平行轨道横梁、至少两根相平行的打印头横梁、打印头杆以及打印头，相邻打印头横梁通过伸缩机构连接，所述打印头横梁垂直于平行轨道横梁之间且能够沿着平行轨道横梁移动，设有打印头的打印头杆密布于整根打印头横梁上，从而将打印头在水平打印面内的双向移动转换为单向移动，提高了可靠性，且打印头横梁的每次移动可以完成至少两层的打印，提高了打印效率。

【技术实现步骤摘要】
单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法
本专利技术属于建筑施工领域，尤其涉及一种建筑用3D打印系统及方法。
技术介绍
3D打印技术即三维打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物。随着3D打印技术的发展并逐渐成熟，3D打印技术给制造业带来技术革新。在劳动力密集型的建筑行业，如能引入3D打印技术进行工程施工生产，在施工效率，生产成本，工程工期，机械化自动化水平提高等方面均能有很大程度的提高。建筑结构通常体量巨大，现有3D打印系统的打印头横梁上只设置一个打印头，打印效率较低。并且，现有的3D打印系统的打印头需要在打印区域内进行X向与Y向的双向运动，因此，需要分别设置X向与Y向的各自的驱动系统并使之协同作用，不但使得结构较复杂、控制繁琐，而且降低了3D打印系统的可靠性和精度。因此，如何提供一种结构简单、性能可靠且具有较高打印效率的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法，已成为建筑施工界需进一步完善优化的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法，通过在打印头横梁密布打印头，将打印头在水平打印面上的双向运动变为单向运动，简化了系统，有效提高了整个打印系统的可靠性，并且密布的打印头在水平打印面上每移动一次即可完成至少两层建筑横截面层打印，有效提高了打印效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，包括打印装置与电动爬升装置，所述电动爬升装置设置于已打印建筑的外立面上，所述电动爬升装置能够带动所述打印装置在竖直方向上移动；所述打印装置包括一对平行轨道横梁、至少两根相平行的打印头横梁、若干打印头杆以及若干打印头，相邻打印头横梁通过伸缩机构连接，所述打印头横梁垂直于所述平行轨道横梁之间且能够沿着所述平行轨道横梁移动，所述打印头杆的一端固定连接于所述打印头横梁上，所述打印头杆的另一端设置所述打印头，且所述若干打印头杆密布于整根所述打印头横梁上。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，所述打印头杆能够伸缩，带动所述打印头上下移动。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，各所述打印头独立控制。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，所述伸缩机构采用剪叉式结构。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，所述轨道横梁具有一C型空腔，所述打印头横梁的两端分别与一滑块固定连接，所述滑块与所述C型空腔相匹配，所述滑块分别嵌设于对应轨道横梁的C型空腔内并能够沿着对应轨道横梁的C型空腔滑动，所述伸缩机构设置于相邻打印头横梁同侧端的滑块之间。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，还包括打印头横梁驱动机构，所述打印头横梁驱动机构设置于所述滑块上，所述打印头横梁驱动机构包括驱动电机、传动机构以及滚轮对，所述滚轮对与所述轨道横梁的C型空腔的内壁相接触，所述驱动电机经所述传动机构带动所述滚轮对转动，使得所述滑块能够沿着所述轨道横梁移动。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，所述电动爬升装置包括竖向导轨以及电动爬升构件，所述电动爬升构件能够沿着所述竖向导轨移动并能够固定于所述竖向导轨上，所述竖向导轨固定于已打印建筑的外立面上，所述竖向导轨包括若干导轨段，所述导轨段分别通过附墙构件固定于已打印建筑的外立面上，且相邻的导轨段首尾连接。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统中，所述附墙构件的形状呈V型，所述附墙构件包括两根附墙连杆，所述两根附墙连杆的一端连接在一起并与所述导轨段螺栓连接，所述两根附墙连杆的另一端分别与所述已打印建筑的两个相邻外立面上的预埋螺栓锁紧固定。本专利技术还公开了一种单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印方法，包括如下步骤：步骤一、安装如上所述单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，使所述竖向导轨稳定附着于所述已打印建筑的外立面，调整各打印头至待打印高度；步骤二、使得所有打印头跟随各自打印头横梁沿着所述轨道横梁移动一次，完成与打印头横梁相应数量的建筑横截面层打印，接着，调整各个打印头的高度至下一待打印高度，使得所有打印头跟随打印头横梁沿着所述轨道横梁反向移动一次，在刚打印完的建筑横截面层上完成另一与打印头横梁相应数量的建筑横截面层的打印，如此往复，直至完成打印施工。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印方法中，在步骤二中，通过所述打印头杆调整所述打印头的高度，当打印头的待打印高度超过打印头杆的调节范围时，加高所述竖向导轨至预定高度，所述电动爬升构件带动整个打印装置向上爬升一预定距离，以满足打印头的打印高度需求。优选的，在上述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印方法中，在步骤二中，各打印头横梁上的打印头的高度沿打印头横梁的前进方向逐个降低，且在每次打印前，先将各个打印头横梁尽量靠在一起，位于打印前进方向的第一根打印头横梁先移动一定距离后，位于打印前进方向的第二根打印头横梁开始移动，依此类推，直至所有打印头横梁开始移动。由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法，针对建筑结构通常体量巨大，现有打印系统只有一个打印头，打印效率较低，且打印头需要在水平打印平面内进行X向与Y向的双向运动导致整个系统控制复杂、可靠性较低的技术问题，本专利技术通过在每根打印头横梁上设置密布的打印头，一方面将水平打印面内即打印系统的XY平面内的双向移动转换为单向移动，简化了控制系统，提高了3D打印系统的可靠性；另一方面，结合在轨道横梁之间设置至少两根打印头横梁，打印头横梁的每次单向水平移动可以进行至少两层打印，有几根打印头横梁就可以实现与打印头横梁相应数量的层数的打印，因此显著提高了打印效率。(2)本专利技术的各相邻打印头横梁之间的距离可以通过伸缩机构进行有限距离的调整，一方面在打印前可以将各个打印头横梁通过收缩伸缩机构尽量靠在一起，集中于联系梁与建筑的缝隙内(即缝隙的正上方投影范围内)，在保证所有打印头横梁均能够打印到建筑外边缘的情况下，可以减少联系梁与建筑的缝隙的宽度，进而减少轨道横梁的长度，并使得电动爬升装置以及轨道横梁更加靠近已打印建，从而提高整个打印系统的稳定性和安全性。另一方面，由于各个打印头横梁在伸缩机构伸张后相对位置固定，因此，各个打印头横梁可以共用同一滑块以及用于驱动滑块的驱动机构，因此，可以简化整个系统的结构，降低成本，并进一步提高整个打印系统的可靠性。(3)本专利技术的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统及方法，所述竖向导轨包括若干导轨段，所述导轨段分别通过附墙构件固定于已打印建筑的外立面上，且相邻的导轨段首尾连接。所述竖向导轨不但为3D打印系统提供了稳定的支撑，而且随着建筑的升高，可以通过不断的增设导轨段加高竖向导轨，配合电动爬升构件的爬升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，包括打印装置与电动爬升装置，所述电动爬升装置设置于已打印建筑的外立面上，所述电动爬升装置能够带动所述打印装置在竖直方向上移动；所述打印装置包括一对平行轨道横梁、至少两根相平行的打印头横梁、若干打印头杆以及若干打印头，相邻打印头横梁通过伸缩机构连接，所述打印头横梁与所述平行轨道横梁垂直，所述打印头横梁设置于所述平行轨道横梁之间且能够沿着所述平行轨道横梁移动，所述打印头杆的一端固定连接于所述打印头横梁上，所述打印头杆的另一端设置所述打印头，且所述若干打印头杆密布于整根所述打印头横梁上，从而将水平打印面内的双向移动转换为单向移动。

【技术特征摘要】
1.一种单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，包括打印装置与电动爬升装置，所述电动爬升装置设置于已打印建筑的外立面上，所述电动爬升装置能够带动所述打印装置在竖直方向上移动；所述打印装置包括一对平行轨道横梁、至少两根相平行的打印头横梁、若干打印头杆以及若干打印头，相邻打印头横梁通过伸缩机构连接，所述打印头横梁与所述平行轨道横梁垂直，所述打印头横梁设置于所述平行轨道横梁之间且能够沿着所述平行轨道横梁移动，所述打印头杆的一端固定连接于所述打印头横梁上，所述打印头杆的另一端设置所述打印头，且所述若干打印头杆密布于整根所述打印头横梁上，从而将水平打印面内的双向移动转换为单向移动。2.如权利要求1所述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，所述打印头杆能够伸缩，带动所述打印头上下移动，各所述打印头独立控制。3.如权利要求1所述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，所述伸缩机构采用剪叉式结构。4.如权利要求1所述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，所述轨道横梁具有一C型空腔，所述打印头横梁的两端分别与一滑块固定连接，所述滑块与所述C型空腔相匹配，所述滑块分别嵌设于对应轨道横梁的C型空腔内并能够沿着对应轨道横梁的C型空腔滑动，所述伸缩机构设置于相邻打印头横梁同侧端的滑块之间。5.如权利要求4所述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，还包括打印头横梁驱动机构，所述打印头横梁驱动机构设置于所述滑块上，所述打印头横梁驱动机构包括驱动电机、传动机构以及滚轮对，所述滚轮对与所述轨道横梁的C型空腔的内壁相接触，所述驱动电机经所述传动机构带动所述滚轮对转动，使得所述滑块能够沿着所述轨道横梁移动。6.如权利要求1所述的单轴多轨有限相对移动并联式建筑用3D打印系统，其特征在于，所述电动爬升装置包括竖向导轨以及电动爬升构件，所述电动爬升构件能够沿着所述竖向导轨移动并能够固定于所述竖向导轨上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣帅，王美华，李林洁，伍小平，周锋，李增辉，程金蓉，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，上海市机械施工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31