[發(fā)明專利]一種水平結(jié)構(gòu)3D打印系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112176869B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左自波;黃玉林;張龍龍;杜曉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 上海建工集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: E01D21/00
• 分類號: E01D21/00;E04G21/00;E04G21/04;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種水平結(jié)構(gòu)3D打印系統(tǒng)，采用移動3D打印機(jī)器人、自由隨動模板裝置和外部支撐結(jié)構(gòu)，移動3D打印機(jī)器人包括若干第一繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、動平臺、打印頭機(jī)構(gòu)及打印頭連接機(jī)構(gòu)，第一繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括第一繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)、第一高強(qiáng)繩索、第一繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及第一固定組件，通過第一繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)收放第一高強(qiáng)繩索實現(xiàn)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(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及隨動平臺，第二繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括第二繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)、第二高強(qiáng)繩索、第二繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及第二固定組件，通過第二繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)收放第二高強(qiáng)繩索實現(xiàn)對隨動平臺的精確定位，具有自重輕、體積小、便于安裝以及自動化高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水平結(jié)構(gòu)3D打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)建筑業(yè)的機(jī)械化和自動化程度較低，其發(fā)展迫切需要轉(zhuǎn)型升級。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展并逐漸成熟，該技術(shù)將給勞動力密集型的建筑業(yè)帶來技術(shù)革新。建筑3D打印技術(shù)具有機(jī)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(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的一種重要手段，是解決建筑高效、安全、數(shù)字化、自動化、智能化建造的有效途徑，其研究已成為建筑業(yè)的發(fā)展趨勢。

大跨度水平結(jié)構(gòu)的3D打印建造是建筑3D打印的最大挑戰(zhàn)之一，由于材料和裝置的限制，以及水平結(jié)構(gòu)無法克服自身的重力，在未經(jīng)人工架設(shè)底部模板的條件很難實現(xiàn)水平構(gòu)件的自動化建造。以橋梁水平結(jié)構(gòu)為例，采用現(xiàn)有3D打印裝置及方法實現(xiàn)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(jié)構(gòu)，需嚴(yán)格設(shè)計成全受壓構(gòu)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(jié)構(gòu)，需人工支撐底部模板，打印不能完全實現(xiàn)自動化；(3)3D打印金屬橋梁速度極慢，已打印金屬結(jié)構(gòu)表面平整度不能控制，打印裝置借助于已打印結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的3D打印裝置及方法，是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在發(fā)明一種水平結(jié)構(gòu)3D打印系統(tǒng)，通過外部支撐結(jié)構(gòu)為移動3D打印機(jī)器人提供支撐受荷機(jī)構(gòu)以便提供與打印結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的打印空間，通過固定于外部支撐結(jié)構(gòu)的自由隨動模板裝置動態(tài)調(diào)整移動為水平結(jié)構(gòu)打印提供底部支撐平臺，并通過移動3D打印機(jī)器人協(xié)同打印作業(yè)完成水平結(jié)構(gòu)的打印建造，解決現(xiàn)有的3D打印裝置和方法無法實現(xiàn)水平結(jié)構(gòu)的整體打印，打印不能完全自動化，水平結(jié)構(gòu)打印受材料打印形狀限制等問題，實現(xiàn)水平結(jié)構(gòu)高效安全自動的建造。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種水平結(jié)構(gòu)3D打印系統(tǒng)，包括移動3D打印機(jī)器人、自由隨動模板裝置和外部支撐結(jié)構(gòu)，所述移動3D打印機(jī)器人包括若干第一繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、動平臺、打印頭機(jī)構(gòu)以及打印頭連接機(jī)構(gòu)，所述打印頭機(jī)構(gòu)通過打印頭連接機(jī)構(gòu)可拆卸式安裝于動平臺上，所述動平臺通過所述若干第一繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安裝于外部支撐結(jié)構(gòu)上，所述第一繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括第一繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)、第一高強(qiáng)繩索、第一繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及第一固定組件，所述第一繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)與第一繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分別設(shè)置于所述動平臺上，所述第一高強(qiáng)繩索的一端與對應(yīng)的第一繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)連接，另一端經(jīng)對應(yīng)的第一繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向后通過第一固定組件固定于外部支撐結(jié)構(gòu)上，通過所述第一繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)收放對應(yīng)的第一高強(qiáng)繩索實現(xiàn)對動平臺的精確打印定位；所述自由隨動模板裝置包括若干第二繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及隨動平臺，所述隨動平臺通過所述若干第二繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安裝于外部支撐結(jié)構(gòu)上，所述第二繩索驅(qū)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括第二繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)、第二高強(qiáng)繩索、第二繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及第二固定組件，所述第二繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)與第二繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分別設(shè)置于所述隨動平臺上，所述第二高強(qiáng)繩索的一端與對應(yīng)的第二繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)連接，另一端經(jīng)對應(yīng)的第二繩索導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向后通過第二固定組件固定于外部支撐結(jié)構(gòu)上，通過所述第二繩索驅(qū)動制動機(jī)構(gòu)收放對應(yīng)的第二高強(qiáng)繩索實現(xiàn)對隨動平臺的精確定位。