[發明專利]一種水平結構3D打印方法

有效

• 申請號: 202010932314.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112240103B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 左自波;黃玉林;張龍龍;杜曉燕
• 申請（專利權）人: 上海建工集團股份有限公司
• 主分類號: E04G21/02
• 分類號: E04G21/02;E04G11/36;E04G13/04;E04G17/00;E01D21/00;E01D101/24
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種水平結構3D打印方法，采用移動3D打印機器人、自由隨動模板裝置和外部支撐結構，移動3D打印機器人包括若干第一繩索驅動導向機構、動平臺、打印頭機構及打印頭連接機構，第一繩索驅動導向機構包括第一繩索驅動制動機構、第一高強繩索、第一繩索導向機構及第一固定組件，通過第一繩索驅動制動機構收放第一高強繩索實現對動平臺的精確打印定位；自由隨動模板裝置包括若干第二繩索驅動導向機構及隨動模板，第二繩索驅動導向機構包括第二繩索驅動制動機構、第二高強繩索、第二繩索導向機構及第二固定組件，通過第二繩索驅動制動機構收放第二高強繩索實現對隨動模板的精確定位，具有自重輕、體積小、便于安裝以及自動化高的優點。

技術領域

本發明屬于建筑3D打印技術領域，特別涉及一種水平結構3D打印方法。

背景技術

傳統建筑業的機械化和自動化程度較低，其發展迫切需要轉型升級。隨著3D打印技術的發展并逐漸成熟，該技術將給勞動力密集型的建筑業帶來技術革新。建筑3D打印技術具有機械化自動化程度高、一次成型、建筑耗材和工藝損耗少等特點，是實現建筑業轉型升級的一種重要手段，是解決建筑高效、安全、數字化、自動化、智能化建造的有效途徑，其研究已成為建筑業的發展趨勢。

大跨度水平結構的3D打印建造是建筑3D打印的最大挑戰之一，由于材料和裝置的限制，以及水平結構無法克服自身的重力，在未經人工架設底部模板的條件很難實現水平構件的自動化建造。以橋梁水平結構為例，采用現有3D打印裝置及方法實現橋梁自動化建造尚具有以下局限性：(1)3D打印混凝土橋梁水平結構，需嚴格設計成全受壓構件，打印不易實施，耐久性無法估計且安全不易保障；(2)3D打印鋼筋混凝土橋梁水平結構，需人工支撐底部模板，打印不能完全實現自動化；(3)3D打印金屬橋梁速度極慢，已打印金屬結構表面平整度不能控制，打印裝置借助于已打印結構自動爬升，由于表面粗糙無法精確定位使得尚無金屬橋梁的成功3D打印建造案例。

因此，提出一種適合大型水平結構的3D打印裝置及方法，是本領域亟需解決的技術難題。

發明內容

本發明旨在發明一種水平結構3D打印方法，通過外部支撐結構為移動3D打印機器人提供支撐受荷機構以便提供與打印結構相適應的打印空間，通過固定于外部支撐結構的自由隨動模板裝置動態調整移動為水平結構打印提供底部支撐平臺，并通過移動3D打印機器人協同打印作業完成水平結構的打印建造，解決現有的3D打印裝置和方法無法實現水平結構的整體打印，打印不能完全自動化，水平結構打印受材料打印形狀限制等問題，實現水平結構高效安全自動的建造。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種水平結構3D打印方法，包括:

步驟1，安裝移動3D打印機器人，所述移動3D打印機器人包括：若干第一繩索驅動導向機構、動平臺、打印頭機構以及打印頭連接機構，所述第一繩索驅動導向機構包括第一繩索驅動制動機構、第一繩索、第一繩索導向機構以及第一固定組件；

步驟1.1，根據現有施工場地環境條件和待打印水平建筑的形狀及大小，確定第一繩索驅動導向機構的數量；

步驟1.2，安裝第一繩索驅動制動機構及第一繩索導向機構于動平臺上，所述動平臺為環形結構，所述第一繩索驅動制動機構圍繞動平臺圓心均勻布置于所述動平臺上，所述第一繩索導向機構圍繞動平臺圓心均勻布置于所述動平臺上，且第一繩索導向機構位于對應第一繩索驅動制動機構的外側；

步驟1.3，將所述第一繩索的一端與對應的第一繩索驅動制動機構連接，另一端經對應的第一繩索導向機構導向后通過第一固定組件與外部支撐結構連接，使得第一固定組件處于同一水平面上，且第一固定組件距待打印水平結構的最低點距離H大于待打印水平結構高度與移動3D打印機器人高度的和，且所述第一繩索的反向延長線通過動平臺圓心；

步驟1.4，根據待打印水平結構的類型選擇合適的噴嘴，并將噴嘴安裝在打印頭機構上；