CN106088610B - 3d打印建筑墙体的方法和3d打印建筑的设备 - Google Patents
3d打印建筑墙体的方法和3d打印建筑的设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种3D打印建筑墙体的方法，采用3D打印喷头进行主墙体打印，在打印到主墙体预开口位置后，使用易于挖除的材料在主墙体预开口位置打印支撑墙，主墙体打印完成后，将支撑墙使用挖除工具进行挖除；本发明还提供了一种支持该3D打印建筑墙体的方法的3D打印建筑的设备；通过在预留开口处设置支撑墙，支撑墙的打印材料易于后期挖除，在墙体打印过程中该支撑墙起到支撑作用，当打印完毕后，可使用挖除工具对支撑墙部分直接挖除，该方法操作便捷，成本低廉，并且降低了施工成本，极大的提高施工进度。并且还可在支撑墙的打印材料中加有便于区分的着色颜料，有利于在挖除作业中迅速确定挖除边界，提升施工速度。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程领域，尤其涉及一种3D打印建筑墙体的方法和3D打印建筑的设备。
背景技术
现有的建筑轮廓成型的门窗，因为缺少支撑，无法直接在其位置预留空间，虽然门窗位置，可以预先加入隔离，支撑材料，如木质、钢制板材，但是增加了流程和材料，费时费工，不经济。如何在不影响使用的前提下，解决门窗预留问题，是当前相关研发人员急待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种效率高、成本低的3D打印建筑墙体的方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种3D打印建筑墙体的方法，采用3D打印喷头进行主墙体打印，在打印到主墙体预开口位置后，使用易于挖除的材料在主墙体预开口位置打印支撑墙；主墙体打印完成后，将支撑墙使用挖除工具进行挖除；打印主墙体所用的材料与打印支撑墙所用的易于挖除的材料不同。
优选的，易于挖除的材料为发泡胶。
优选的，易于挖除的材料为凝结时间比打印主墙体时所用材料凝结时间长的混凝土材料。
优选的，在支撑墙打印时，所使用的易于挖除的材料中加有便于识别的异色颜料。
优选的，当进行支撑墙打印时，在所述支撑墙的下端和上端分别铺设有隔离层。
一种3D打印建筑的设备，包括打印主墙体的3D打印喷头和打印主墙体预开口位置处支撑墙的支撑墙打印喷头，支撑墙打印喷头用于打印易于挖除的材料；还包括用于带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头移动的移动机构，所述移动机构可带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头在X轴、Y轴和Z轴上移动。
优选的，3D打印喷头和支撑墙打印喷头为同一打印喷头。
优选的，支撑墙打印喷头包括发泡枪以及分别与发泡枪相连的发泡剂溶液输送管路和压缩空气输送管路；
所述发泡剂溶液输送管路上连接有用于输送发泡剂溶液的定量输液泵、控制管路开/闭的控制阀门以及第一流量计，压缩空气输送管路上设置有调压阀、第二控制阀门以及第二流量计。
优选的，3D打印喷头包括混料部，所述混料部内部设置有混料腔；混料部上端设置有上端盖，下端设置有喷料嘴；上端盖上设置有多个与混料腔相通的初料进口；混料腔内部设置有搅拌器。
优选的，移动机构为移动龙门，所述3D打印喷头设置在移动龙门上，所述移动龙门包括主移动支撑底座、两个相对设置在主移动支撑底座上的X向移动部件、两端分别与两个X向移动部件相连的Z向移动部件以及设置在Z向移动部件上的Y向移动部件；所述X向移动部件可在主移动支撑底座上沿X方向移动，所述Z向移动部件可在X向移动部件沿Z方向运动，所述Y向移动部件可在Z向移动部件上沿Y向运动；所述X向移动部件、Z向移动部件以及Y向移动部件的可运动路径相互垂直。
一方面，本发明提供一种3D打印建筑墙体的方法，通过在预留开口处设置支撑墙，支撑墙的打印材料易于后期挖除，在墙体打印过程中该支撑墙起到支撑作用，当打印完毕后，可使用挖除工具对支撑墙部分直接挖除，该方法操作便捷，成本低廉，并且降低了施工成本，极大的提高施工进度。并且还可在支撑墙的打印材料中加有便于区分的着色颜料，有利于在挖除作业中迅速确定挖除边界，提升施工速度。
另一方面，本发明提供一种3D打印建筑的设备，打印主墙体的3D打印喷头和打印主墙体预开口位置处支撑墙的支撑墙打印喷头分别设置在移动机构上，移动机构带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头在预打印位置上进行立体式的运动， 使得3D打印喷头可以完成各个位置打打印工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是本发明支撑墙与隔离层位置的结构示意图；
图2是本发明实施例1所述的结构示意图；
图3是本发明实施例2所述的的结构示意图；
图4是本发明的移动龙门的结构示意图；
图5是本发明图4中A部放大结构示意图；
图6是本发明图4中B部放大结构示意图；
图7是本发明图4中C部放大结构示意图。
在附图中，21混料部、22初料进口、23喷料嘴、24旋转轴杆、25混料桨叶、26送料桨叶、27上端盖、28微调剂进口、31发泡枪、32定量输液泵、33控制阀门、34第一流量计、35调压阀、36第二控制阀门、37第二流量计、4主移动支撑底座、41支承件、42X向导向导轨、5X向移动部件、51移动支撑臂、511Z向导向导轨、52X向移动导轨、6Z向移动部件、61平移梁、62Y向导向导轨、63Z向移动导轨、7Y向移动部件、71Y向移动导轨、8支撑墙、9隔离层。
具体实施方式
以下结合附图1至7给出的实施例，进一步说明本发明的具体实施方式。本发明不限于以下实施例的描述。
如图1和3所示：一种3D打印建筑墙体的方法，在打印建筑墙体时，采用3D打印喷头进行主墙体1打印，在打印到主墙体1预开口位置后，使用易于挖除的材料在主墙体1预开口位置打印支撑墙8；主墙体1打印完成后，将支撑墙8使用圆锯，带状锯，线锯等挖除工具进行挖除；打印主墙体1所用的材料与打印支撑墙8所用的易于挖除的材料不同。打印主墙体1和打印支撑墙8的3D打 印喷头可以为同一个，也可以为不同。采用同一个3D打印喷头时，当3D打印喷头运行到主墙体1预开口位置后，调节3D打印喷头的出料，将出料变换为易于挖除的材料，在主墙体1预开口位置打印支撑墙8，当主墙体1打印完成后，将支撑墙8使用挖除工具进行挖除。可以在所述支撑墙8的下端和上端分别铺设有隔离层9；隔离层9在后期挖除工序中有利于挖除工具进行挖除作业。所述预开口位置可以是门、窗、风道口等墙体开口处。优选的，所述易于挖除的材料中加有便于识别的异色颜料。
如图2-7所示，本发明还提供一种3D打印建筑的设备，适用于本发明的3D打印建筑墙体的方法。本发明的3D打印建筑的设备包括打印主墙体1的3D打印喷头和打印主墙体1预开口位置处支撑墙8的支撑墙打印喷头，支撑墙打印喷头用于打印易于挖除的材料；还包括用于带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头移动的移动机构，所述移动机构可带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头在X轴、Y轴和Z轴上移动。所述3D打印喷头通常与混凝土材料的搅拌设备和传送混凝土材料的管道相连。3D打印喷头和支撑墙打印喷头打印的材料不同，3D打印喷头和支撑墙打印喷头可以是两个独立的打印喷头，也可以为同一打印喷头。采用同一个3D打印喷头时，当3D打印喷头运行到主墙体1预开口位置后，调节3D打印喷头的出料，将出料变换为易于挖除的材料。
实施例一
如图2所示，本发明的支撑墙打印喷头的一个实施例，本实施例的易于挖除的材料为发泡胶，该支撑墙打印喷头与3D打印喷头为两个独立的打印喷头。
所述支撑墙打印喷头包括发泡枪31以及分别与发泡枪31相连的发泡剂溶液输送管路和压缩空气输送管路；
所述发泡剂溶液输送管路上连接有用于输送发泡剂溶液的定量输液泵32、控制管路开/闭的控制阀门33以及第一流量计34，所述压缩空气输送管路上设置有调压阀35、第二控制阀门36以及第二流量计37；发泡剂溶液输送管路的进料口与发泡剂储罐相连，将发泡剂向发泡枪31内输送，压缩空气输送管路的进料口与压缩机相连，将压缩空气向发泡枪31内输送。
优选的，在发泡胶混合异色颜料，在不影响发泡胶正常使用的前提下，发泡胶自身的颜色发生改变，有利于在挖除作业中迅速确定挖除边界，提升施工 速度。所述支撑墙打印喷头通过顶部的安装座连接到移动机构的同步带的基座上。在打印墙体时，采用3D打印喷头进行主墙体1打印，当打印到主墙体1预开口位置后，使用支撑墙打印喷头打印发泡胶形成打印支撑墙8，在打印到主墙体1后继续使用3D打印喷头打印，当主墙体1打印完成后，将支撑墙8使用挖除工具进行挖除。可以在所述支撑墙8的下端和上端分别铺设有隔离层9。
实施例二
如图3所示：本发明的3D打印喷头的一个实施例，本实施例相对于实施例1的不同之处在于，所述易于挖除的材料为凝结时间比打印墙体时所用材料凝结时间长的混凝土材料；在打印支撑墙8的混凝土材料内加有缓凝剂。该3D打印喷头即作为主墙体1的打印喷头，也作为支撑墙的打印喷头，即3D打印喷头和支撑墙打印喷头为同一打印喷头。
所述3D打印喷头包括混料部21，所述混料部21内部设置有混料腔；混料部21上端设置有上端盖27，下端设置有喷料嘴23；上端盖27上设置有多个与混料腔相通的初料进口22；
混料腔内部设置有搅拌器，所述搅拌器包括与搅拌器驱动装置相连的旋转轴杆24、设置在旋转轴杆24上部的混料桨叶25以及设置在旋转轴杆24下部的送料桨叶26；
混料桨叶25位于混料腔内部，送料桨叶26位于喷料嘴23内部。
优选的，上端盖27上设置有两个相互独立的初料进口22，一个与混凝土供料设备相连，用于输送混凝土，另一个与缓凝剂供料设备相连，用于输送缓凝剂。在采用3D打印喷头进行主墙体1打印时，传送混凝土材料的初料进口22开启，其它初料进口22关闭，3D打印喷头仅挤出单一的混凝土材料；当打印到主墙体1预开口位置后，传送缓凝剂的初料进口22与传送混凝土材料的初料进口22同时供料，混料腔内的搅拌器将混凝土和缓凝剂混合均匀并向喷料嘴23传送，通过3D打印喷头打印支撑墙8，在打印到主墙体1后则不传送缓凝剂，继续使用3D打印喷头打印，当主墙体1打印完成凝固定型后，支撑墙8还处于未凝固状态下，将支撑墙8使用挖除工具进行挖除。本实施例采用凝结时间长的混凝土材料进行支撑墙8的打印，无需对现有设备进行过多的改进，仅需控制好缓凝剂的输送时间，易于实施且成本低。
优选的，上端盖27上设置有三个相互独立的初料进口22，分别与混凝土供料设备、缓凝剂供料设备以及异色颜料供给设备相连。在工作时，初料进口22分别将相对应的物料引入混料腔，混料腔内的搅拌器将物料充分混合，然后向喷料嘴23输送，最后由喷料嘴23将混合好的物料喷出进行打印；在这期间，可根据不同的施工进度以及外界环境，确定混凝土与缓凝剂的配比，以便于在主墙体1凝固定型后，支撑墙8还处于未凝固状态下，便于挖除作业；加入异色颜料有利于在挖除作业中迅速确定挖除边界，提升施工速度。
优选的，混料部21上设置有微调剂进口28，微调剂进口28与混料腔相通，用于在喷料打印过程中向混料腔内部加注小剂量的外加调节剂，如水，防水剂，抗冻剂，引气剂等等，使得对物料性质的调节更加快捷，提高精准度。
优选的，微调剂进口28的给料区域位于25混料桨叶和26送料桨叶之间。
如图4-7所示，本发明的3D打印建筑的设备的一种实施例，本发明所述3D打印喷头设置在移动龙门上，所述的移动机构为移动龙门，移动龙门包括主移动支撑底座4、两个相对设置在主移动支撑底座4上的X向移动部件5、两端分别与两个X向移动部件5相连的Z向移动部件6以及设置在Z向移动部件6上的Y向移动部件7；X向移动部件5可在主移动支撑底座4上沿X方向移动，所述Z向移动部件6可在X向移动部件5沿Z方向运动，所述Y向移动部件7可在Z向移动部件6上沿Y向运动；所述X向移动部件5、Z向移动部件6以及Y向移动部件7的可运动路径相互垂直。当然本发明的移动机构并不限于采用移动龙门结构。
优选的，X向移动部件5与主移动支撑底座4之间、Z向移动部件6与X向移动部件5以及Y向移动部件7与Z向移动部件6之间分别通过直线导轨副相连；直线导轨副分别与相对应的驱动电机相连。
优选的，移动支撑底座4包括两组相互平行的支承件41和分别设置在两个支承件41上的两个X向导向导轨42，X向移动部件5包括移动支撑臂51，移动支撑臂51的下端设置有与所述X向导向导轨42相匹配的X向移动导轨52。移动支撑臂51侧壁上设置有Z向导向导轨511，Z向移动部件6包括平移梁61、设置在平移梁61上的Y向导向导轨62和分别设置在平移梁61两端的两个Z向移动导轨63；
优选的，Z向移动导轨63和平移梁61之间连接有多条斜拉钢索，该斜拉钢索可大幅度增强联接在Z向移动导轨63之间的平动梁61的承重能力(抗弯曲强度和刚度)。
所述Z向移动导轨63与Z向导向导轨511配合滑动；Y向移动部件7包括Y向移动导轨71，Y向移动导轨71与Y向导向导轨62配合滑动；3D打印喷头设置在Y向移动部件7上。
移动龙门通过X向移动部件5、Z向移动部件6以及Y向移动部件7相配合，可带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头在预打印位置上进行立体式的运动，使得3D打印喷头可以完成各个位置打打印工作。
本发明通过在预留开口处设置支撑墙，支撑墙的打印材料易于后期挖除，并且支撑墙的打印材料中加有便于区分的着色颜料，在墙体打印过程中该支撑墙起到支撑作用，当打印完毕后，可使用挖除工具对支撑墙部分直接挖除，该方法操作便捷，成本低廉，并且降低了施工成本，极大的提高施工进度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种3D打印建筑墙体的方法，其特征在于：采用3D打印喷头进行主墙体(1)打印，在打印到主墙体(1)预开口位置后，使用易于挖除的材料在主墙体(1)预开口位置打印支撑墙(8)；主墙体(1)打印完成后，将支撑墙(8)使用挖除工具进行挖除；打印主墙体(1)所用的材料与打印支撑墙(8)所用的易于挖除的材料不同。
2.根据权利要求1所述的3D打印建筑墙体的方法，其特征在于：所述易于挖除的材料为发泡胶。
3.根据权利要求1所述的3D打印建筑墙体的方法，其特征在于：所述易于挖除的材料为凝结时间比打印主墙体(1)时所用材料凝结时间长的混凝土材料。
4.根据权利要求1所述的3D打印建筑墙体的方法，其特征在于：在支撑墙(8)打印时，所使用的易于挖除的材料中加有便于识别的异色颜料。
5.根据权利要求1所述的3D打印建筑墙体的方法，其特征在于：当进行支撑墙(8)打印时，在所述支撑墙(8)的下端和上端分别铺设有隔离层(9)。
6.一种3D打印建筑的设备，其特征在于：包括打印主墙体(1)的3D打印喷头和打印主墙体(1)预开口位置处支撑墙(8)的支撑墙打印喷头，支撑墙打印喷头用于打印易于挖除的材料；还包括用于带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头移动的移动机构，所述移动机构可带动3D打印喷头和支撑墙打印喷头在X轴、Y轴和Z轴上移动。
7.根据权利要求6所述的3D打印建筑的设备，其特征在于：所述3D打印喷头和支撑墙打印喷头为同一打印喷头。
8.根据权利要求6所述的3D打印建筑的设备，其特征在于：所述支撑墙打印喷头包括发泡枪(31)以及分别与发泡枪(31)相连的发泡剂溶液输送管路和压缩空气输送管路；
所述发泡剂溶液输送管路上连接有用于输送发泡剂溶液的定量输液泵(32)、控制管路开/闭的控制阀门(33)以及第一流量计(34)，所述压缩空气输送管路上设置有调压阀(35)、第二控制阀门(36)以及第二流量计(37)。
9.根据权利要求7所述的3D打印建筑的设备，其特征在于：所述3D打印喷头包括混料部(21)，所述混料部(21)内部设置有混料腔；
所述混料部(21)上端设置有上端盖(27)，下端设置有喷料嘴(23)；
所述上端盖(27)上设置有多个与混料腔相通的初料进口(22)；
所述混料腔内部设置有搅拌器。
10.根据权利要求6所述的3D打印建筑的设备，其特征在于：所述移动机构为移动龙门，所述3D打印喷头设置在移动龙门上，所述移动龙门包括主移动支撑底座(4)、两个相对设置在主移动支撑底座(4)上的X向移动部件(5)、两端分别与两个X向移动部件(5)相连的Z向移动部件(6)以及设置在Z向移动部件(6)上的Y向移动部件(7)；所述X向移动部件(5)可在主移动支撑底座(4)上沿X方向移动，所述Z向移动部件(6)可在X向移动部件(5)沿Z方向运动，所述Y向移动部件(7)可在Z向移动部件(6)上沿Y向运动；所述X向移动部件(5)、Z向移动部件(6)以及Y向移动部件(7)的可运动路径相互垂直。
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