[發明專利]基于3D打印技術的建筑工程施工裝置及應用方法

有效

• 申請號: 201410176698.2
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103967276A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 陳素文;李程蔚;鄭毅
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E04G21/00
• 分類號: E04G21/00;E04G21/02;B29C67/00
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明涉及3D打印技術和輕骨料纖維混凝土的自動化同步澆筑技術，通過控制技術對二者進行功能集成，并運用于建筑工程施工領域。

背景技術

三維打印技術又稱為3D打印技術，是一種以數字模型為基礎，運用塑料或粉末狀金屬等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印機出現于上世紀90年代，是運用3D打印技術設計的用于構造不同形式物體的機械設備。3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”層層疊加起來，最終把計算機設計的藍圖打印成實物。在3D打印技術的實現過程中，3D打印機運用快速成型技術，集CAD建模、CAM、激光技術、數控技術、化工、材料技術等于一體，通過計算機中三維建模軟件設計并制作三維圖紙，并以此創建的數字模型為基礎，運用軟件分層離散并通過數控技術讀取分層文件信息，最終利用激光束、熱熔噴嘴等方式將諸如塑料、金屬粉末、陶瓷粉末等“打印材料”以物體截面分層堆積、粘結的方式疊加成型。目前，3D打印技術以其特有的優勢，在工業造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、家電、輕工、醫學、考古、雕刻藝術等領域開始應用并展現出強大的發展潛力。

3D打印技術與傳統技術相比，自動化程度高；由于其數字化制造的模式無需復雜的工藝和龐大的機床，同時亦可省去眾多的人力，直接從計算機中獲取圖形數據便制造任意形狀零件，這使得其應用范圍可以延伸到很多工程制造領域；3D打印技術生成效率相比傳統方式有著很大的提高，具有速度快、精度高、質量好等特點，可大大降低生產成本，提高對原材料和能源的利用率。

隨著我國經濟社會的發展，城市化建設的規模逐年加大，建筑工程存在一些值得關注和改進的方面。人工成本的提高、建筑工程帶來的環境污染、管理模式的滯后、建筑材料與能源的浪費等問題開始受到行業和社會的關注。此外傳統建筑工程施工工藝也存在勞動力需求量大、受氣候環境影響大等問題。基于存在的這些問題，需要考慮新的建筑施工技術來解決，以求達到降低勞動力需求、提高自動化程度、減少建筑材料和能源消耗、減輕建筑工程環境污染等目的。

發明內容

本發明利用3D打印技術，將其運用于建筑工程施工領域，旨在提高建筑工程的機械化施工水平和效率、減少建筑材料與能源消耗。該發明所用裝置將利用較為成熟的工程塑料作為“打印料”的3D打印機與常規的用于輸送和澆筑混凝土的混凝土泵相結合，以求達到保證甚至超過現有傳統施工質量要求的目的。

本發明給出的技術方案為：

一種基于3D打印技術的建筑工程施工裝置，其特征在于，包括3D打印機系統、與3D打印機系統同步用于混凝土澆筑的混凝土泵澆筑系統、電路設備單元和接口及數據處理單元，其中：

所述的3D打印機系統包括X，Y，Z軸三軸立體控制定位裝置、打印擠出頭裝置；

所述X，Y，Z軸三軸立體控制定位裝置用于實現對模板三維打印，設計成X，Y，Z軸三個坐標軸移動定位裝置，每個坐標軸移動定位裝置包括相應的導軌、輪軸和步進電機，導軌與輪軸咬合，步進電機固定于步進電機輸出軸。其中：X軸方向的移動通過兩個導軌1和兩個步進電機7來實現；Y軸方向的移動通過1個導軌4和一個步進電機6來實現；Z軸方向的移動通過兩個導軌3和兩個步進電機5來實現。

打印擠出頭裝置包括擠出頭8、擠出頭控制裝置10，兩者相連接，且兩者共同位于Y軸導軌的平臺上；

所述的混凝土泵澆筑系統為混凝土泵裝置和混凝土集料箱13，該混凝土泵裝置包括混凝土出料泵11、出料管、出料噴頭9（即出料口9）和振搗設備，所述混凝土出料泵能精確控制混凝土出料量與出料速率。出料口9和混凝土出料泵11、混凝土集料箱13都位于Y軸導軌的平臺上。

所述的電路設備元件包括電源供電裝置、控制電路板、擠出頭定位傳感器、材料測定傳感器；所述的電源供電裝置分別與控制電路板、擠出頭定位傳感器、材料測定傳感器、X，Y，Z軸三軸的步進電機、打印擠出頭控制裝置10、和混凝土泵裝置連接，為它們提供工作電源；所述材料測定傳感器用于測定混凝土振搗密實度和凝結情況；控制電路板采用單片機實現。