一种混凝土结构5D打印方法及打印系统技术方案

本发明专利技术涉及一种混凝土结构5D打印方法及打印系统，所述方法包括以下步骤：1)获取拟打印混凝土结构所处的空间数据和环境数据；2)分析获得拟打印混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，根据分析结果设计获得混凝土配比和打印参数；3)以所述混凝土配比和打印参数生成打印指令，建造混凝土结构；4)采集分析获得当前建造完成的混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，基于该5D性能判断混凝土结构是否处于安全状态，若是，则结束打印，若否，则针对不安全部位进行补强打印，重复执行步骤4)。与现有技术相比，本发明专利技术能够在5D空间内对混凝土结构进行个性化设计、动态控制建造参数，保证混凝土结构顺利建造且结构安全服役。凝土结构顺利建造且结构安全服役。凝土结构顺利建造且结构安全服役。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土结构5D打印方法及打印系统


[0001]本专利技术涉及土木建筑领域，尤其是一种混凝土结构5D打印方法及打印系统。

技术介绍

[0002]20世纪90年代，基于光固化技术的3D打印机正式问世，标志着增材制造技术(俗称3D打印)的诞生，这项技术融合了以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的材料，按照一定工艺逐层堆积，制造出实体物品。传统制造一般遵循对原材料去除、切削，然后组装的加工模式，然而增材制造是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，这使得传统制造模式无法实现的复杂结构件的制造变为可能。
[0003]增材制造的先进理念也吸引了土木建筑领域的广泛关注。近几年已有大量3D打印混凝土建筑结构的成功案例，实践证明这项技术大大节约了建造时间和建造成本，相应地也会使用更少的能源，排放更少的二氧化碳，更为重要的是显著节省了人力，符合智能建造发展方向。但目前混凝土结构3D打印建造技术应用局限于施工环境较好的地上小型建筑、桥梁、雕塑、景观物体等。然而，极端复杂环境下的工程建设对减人少人的智能建造技术需求更加旺盛。典型的极端复杂环境包括高岩温、高严寒、高水压、高海拔等，打印混凝土的性能在复杂环境下随时间的变化差异较大，造成打印材料和设备不相容、打印结构性能差、质量难以保证等问题，成为限制现有混凝土结构3D打印技术应用于复杂环境工程建设的关键瓶颈。

技术实现思路

[0004]针对上述的混凝土结构3D打印技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种广泛适用的混凝土结构5D打印方法及打印系统，在现有3D坐标轴基础上突破三维空间概念，增加“环境轴”和“时间轴”，引入量测、计算分析手段，对5D空间内的混凝土结构进行个性化设计、动态控制建造参数，保证混凝土结构在复杂5D空间内的顺利建造和结构安全服役。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一个方面，本专利技术提供一种混凝土结构5D打印方法，包括以下步骤：
[0007]1)获取拟打印混凝土结构所处的空间数据和环境数据；
[0008]2)根据所述空间数据和环境数据模拟分析获得拟打印混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，根据分析结果设计获得混凝土配比和打印参数；
[0009]3)以所述混凝土配比和打印参数生成打印指令，建造混凝土结构；
[0010]4)采集分析获得当前建造完成的混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，基于该5D性能判断混凝土结构是否处于安全状态，若是，则结束打印，若否，则针对不安全部位进行补强打印，重复执行步骤4)。
[0011]进一步地，所述空间数据至少包括所处位置表面形态。
[0012]进一步地，所述环境数据至少包括温度和湿度。
[0013]进一步地，所述混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能包括：考虑环境因素影
响获得的混凝土材料性能和结构性能随时间演化的情况。
[0014]进一步地，所述补强打印具体为：
[0015]根据不安全部位设计获得用于补强打印的混凝土配比和打印参数，在所述不安全部位进行补强打印。
[0016]另一方面，本专利技术提供一种混凝土结构5D打印系统，包括：
[0017]测量设备，用于采集拟打印混凝土结构所处的空间数据和环境数据，并在获得监测指令时监测获得已建造完成的混凝土结构在一段时间内的空间环境5D数据；
[0018]计算分析设备，用于根据所述空间数据和环境数据模拟分析获得拟打印混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，根据分析结果设计获得混凝土配比和打印参数，并根据所述测量设备监测的所述5D数据分析获得当前建造完成的混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，基于该5D性能判断混凝土结构是否处于安全状态，若是，则发出结束打印指令，若否，则发出针对不安全部位的补强打印指令；
[0019]打印设备，用于根据所述混凝土配比和打印参数进行混凝土结构的打印，在接收到所述结束打印指令时结束打印，在接收到所述补强打印指令进行补强打印。
[0020]进一步地，所述测量设备包括空间位置测量模块、温度测量模块和湿度测量模块。
[0021]进一步地，所述空间位置测量模块包括摄影机和激光扫描仪。
[0022]进一步地，所述计算分析设备包括：
[0023]混凝土材料分析模块，用于根据输入的数据分析混凝土材料性能在时间维度上的演化过程；
[0024]结构混合分析模块，用于根据输入的数据及所述混凝土材料分析模块的演化过程分析获得混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能；
[0025]决策设计模块，用于根据所述5D性能形成混凝土配比和打印参数的个性化设计，或根据所述5D性能判断是否存在不安全部位，若是，则针对不安全部位生成补强打印的混凝土配比和打印参数的个性化设计，发出补强打印指令，若否，则发出结束打印指令。
[0026]进一步地，所述打印设备包括用于接收混凝土配比的供料模块、用于接收打印参数的机械运动模块和用于输送配制好的混凝土的泵送挤压模块。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]1、本专利技术采集拟打印混凝土结构所处的空间和环境的四维数据，并分析混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，定量、个性化设计混凝土结构，同时循环监测所建造的混凝土结构是否存在危险部位，突破了传统三维物理空间限制，在空间、环境、时间构成的五维时空里，自动控制建造过程，实时判别结构安全状态，动态调整设计和打印方案，保证混凝土结构在复杂5D广义时空内的顺利建造和结构安全服役。
[0029]2、本专利技术对混凝土结构增材建造，具有通用性广、准确性高、智能化程度高的特点，满足极端复杂环境下工程建设减人少人的迫切需求，创造良好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的流程示意图；
[0031]图2为本专利技术量测设备的示意图；
[0032]图3为本专利技术计算分析设备的示意图；
[0033]图4为本专利技术打印设备的示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]本专利技术提供一种混凝土结构5D打印方法，包括以下步骤：
[0036]1)获取拟打印混凝土结构所处的空间数据和环境数据，其中，空间数据至少包括所处位置表面形态，环境数据至少包括温度和湿度；
[0037]2)根据所述空间数据和环境数据模拟分析获得拟打印混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，根据分析结果设计获得混凝土配比和打印参数，其中，混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能包括：考虑环境因素影响获得的混凝土材料性能和结构性能随时间演化的情况；
[0038]3)以所述混凝土配比和打印参数生成打印指令，建造混凝土结构；
[0039]4)采集分析获得当前建造完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土结构5D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取拟打印混凝土结构所处的空间数据和环境数据；2)根据所述空间数据和环境数据模拟分析获得拟打印混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，根据分析结果设计获得混凝土配比和打印参数；3)以所述混凝土配比和打印参数生成打印指令，建造混凝土结构；4)采集分析获得当前建造完成的混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，基于该5D性能判断混凝土结构是否处于安全状态，若是，则结束打印，若否，则针对不安全部位进行补强打印，重复执行步骤4)。2.根据权利要求1所述的混凝土结构5D打印方法，其特征在于，所述空间数据至少包括所处位置表面形态。3.根据权利要求1所述的混凝土结构5D打印方法，其特征在于，所述环境数据至少包括温度和湿度。4.根据权利要求1所述的混凝土结构5D打印方法，其特征在于，所述混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能包括：考虑环境因素影响获得的混凝土材料性能和结构性能随时间演化的情况。5.根据权利要求1所述的混凝土结构5D打印方法，其特征在于，所述补强打印具体为：根据不安全部位设计获得用于补强打印的混凝土配比和打印参数，在所述不安全部位进行补强打印。6.一种混凝土结构5D打印系统，其特征在于，包括：测量设备，用于采集拟打印混凝土结构所处的空间数据和环境数据，并在获得监测指令时监测获得已建造完成的混凝土结构在一段时间内的空间环境5D数据；计算分析设备，用于根据所述空间数据和环境数据模拟分析获得拟打印混凝土结构在空间、环境和时间上的5D性能，根据分析结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁勇，张姣龙，姚旭朋，盛如意，王孝云，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：