爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法技術方案

針對現有打印系統只有一個打印頭，打印效率較低、系統控制復雜的問題，本發明專利技術提供一種爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法，該系統包括打印裝置與電動爬升裝置，電動爬升裝置設置于已打印建筑的外立面上，電動爬升裝置能夠帶動打印裝置在豎直方向上移動；打印裝置包括一對平行軌道橫梁、至少兩根相平行且各自獨立運動的打印頭橫梁、打印頭桿以及打印頭，所述打印頭橫梁垂直于平行軌道橫梁之間且能夠沿著平行軌道橫梁移動，設有打印頭的打印頭桿密布于整根打印頭橫梁上，從而將打印頭在水平打印面內的雙向移動轉換為單向移動，提高了可靠性，且打印頭橫梁的每次移動可以完成至少兩層的打印，提高了打印效率。

【技術實現步驟摘要】
爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法
本專利技術屬于建筑施工領域，尤其涉及一種建筑用3D打印系統及方法。
技術介紹
3D打印技術即三維打印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等方式實現快速成型的技術。它與普通打印機工作原理基本相同，打印機內裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，與電腦連接后，通過一層又一層的多層打印方式，最終把計算機上的藍圖變成實物。隨著3D打印技術的發展并逐漸成熟，3D打印技術給制造業帶來技術革新。在勞動力密集型的建筑行業，如能引入3D打印技術進行工程施工生產，在施工效率，生產成本，工程工期，機械化自動化水平提高等方面均能有很大程度的提高。建筑結構通常體量巨大，現有3D打印系統的打印頭橫梁上只設置一個打印頭，打印效率較低。并且，現有的3D打印系統的打印頭需要在打印區域內進行X向與Y向的雙向運動，因此，需要分別設置X向與Y向的各自的驅動系統并使之協同作用，不但使得結構較復雜、控制繁瑣，而且降低了3D打印系統的可靠性和精度。因此，如何提供一種結構簡單、性能可靠且具有較高打印效率的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法，已成為建筑施工界需進一步完善優化的技術問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法，通過在打印頭橫梁密布打印頭，將打印頭在水平打印面上的雙向運動變為單向運動，簡化了系統，有效提高了整個打印系統的可靠性，并且密布的打印頭在水平打印面上每移動一次即可完成至少兩層建筑橫截面層打印，有效提高了打印效率。為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，包括打印裝置與電動爬升裝置，所述電動爬升裝置設置于已打印建筑的外立面上，所述電動爬升裝置能夠帶動所述打印裝置在豎直方向上移動；所述打印裝置包括一對平行軌道橫梁、至少兩根相平行且各自獨立運動的打印頭橫梁、若干打印頭桿以及若干打印頭，所述打印頭橫梁垂直于所述平行軌道橫梁之間且能夠沿著所述平行軌道橫梁移動，所述打印頭桿的一端固定連接于所述打印頭橫梁上，所述打印頭桿的另一端設置所述打印頭，且所述若干打印頭桿密布于整根所述打印頭橫梁上。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統中，所述打印頭桿能夠伸縮，帶動所述打印頭上下移動。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統中，各所述打印頭獨立控制。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統中，所述軌道橫梁具有一C型空腔，所述打印頭橫梁的兩端分別與一滑塊固定連接，所述滑塊與所述C型空腔相匹配，所述滑塊分別嵌設于對應軌道橫梁的C型空腔內并能夠沿著對應軌道橫梁的C型空腔滑動。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統中，還包括打印頭橫梁驅動機構，所述打印頭橫梁驅動機構設置于所述滑塊上，所述打印頭橫梁驅動機構包括驅動電機、傳動機構以及滾輪對，所述滾輪對與所述軌道橫梁的C型空腔的內壁相接觸，所述驅動電機經所述傳動機構帶動所述滾輪對轉動，使得所述滑塊能夠沿著所述軌道橫梁移動。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統中，所述電動爬升裝置包括豎向導軌以及電動爬升構件，所述電動爬升構件能夠沿著所述豎向導軌移動并能夠固定于所述豎向導軌上，所述豎向導軌固定于已打印建筑的外立面上，所述豎向導軌包括若干導軌段，所述導軌段分別通過附墻構件固定于已打印建筑的外立面上，且相鄰的導軌段首尾連接。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統中，所述附墻構件的形狀呈V型，所述附墻構件包括兩根附墻連桿，所述兩根附墻連桿的一端連接在一起并與所述導軌段螺栓連接，所述兩根附墻連桿的另一端分別與所述已打印建筑的兩個相鄰外立面上的預埋螺栓鎖緊固定。本專利技術還公開了一種爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印方法，包括如下步驟：步驟一、安裝如上所述爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，使所述豎向導軌穩定附著于所述已打印建筑的外立面，調整各打印頭至待打印高度；步驟二、分別驅動各打印頭橫梁，各打印頭同時或先后跟隨對應的打印頭橫梁移動，完成與打印頭橫梁相應數量的建筑橫截面層打印，接著，調整各打印頭的高度至下一待打印高度，分別驅動各打印頭橫梁，各打印頭同時后者先后跟隨對應的打印頭橫梁反向移動在剛打印完的建筑橫截面層上完成另一與打印頭橫梁相應數量的建筑橫截面層打印，如此往復，直至完成打印施工。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印方法中，在步驟二中，通過所述打印頭桿調整所述打印頭的高度，當打印頭的待打印高度超過打印頭桿的調節范圍時，加高所述豎向導軌至預定高度，所述電動爬升構件帶動整個打印裝置向上爬升一預定距離，以滿足打印頭的打印高度需求。優選的，在上述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印方法中，在步驟二中，各打印頭橫梁上的打印頭的高度沿打印頭橫梁的前進方向逐個降低，且在每次打印前，先將各個打印頭橫梁盡量靠在一起，位于打印前進方向的第一根打印頭橫梁先移動一定距離后，位于打印前進方向的第二根打印頭橫梁開始移動，依此類推，直至所有打印頭橫梁開始移動。由以上公開的技術方案可知，與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下：(1)本專利技術的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法，針對建筑結構通常體量巨大，現有打印系統只有一個打印頭，打印效率較低，且打印頭需要在水平打印平面內進行X向與Y向的雙向運動導致整個系統控制復雜、可靠性較低的技術問題，本專利技術通過在每根打印頭橫梁上設置密布的打印頭，一方面將水平打印面內即打印系統的XY平面內的雙向移動轉換為單向移動，簡化了控制系統，提高了3D打印系統的可靠性；另一方面，結合在軌道橫梁之間設置至少兩根打印頭橫梁，打印頭橫梁的每次單向水平移動可以進行至少兩層打印，有幾根打印頭橫梁就可以實現與打印頭橫梁相應數量的層數的打印，因此顯著提高了打印效率。(2)本專利技術的所有打印頭橫梁各自獨立運動，各相鄰打印頭橫梁之間的距離可以進行調整，一方面，各個打印頭橫梁獨立運動互不影響，可以根據需要打印的情況獨立的帶動相對應的打印頭到指定位置進行打印工作，便于適應復雜體型建筑的打印，有利于提高打印效率；另一方面，在打印前可以將各個打印頭橫梁盡量靠在一起，集中于聯系梁與建筑的縫隙內(即縫隙的正上方投影范圍內)，保證所有打印頭橫梁均可以打印到建筑外邊緣的情況下，減少聯系梁與打打印建筑的縫隙的寬度，進而減少軌道橫梁的長度并使得電動爬升裝置以及軌道橫梁2更加靠近已打印建筑，從而提高整個打印系統的穩定性和安全性。(3)本專利技術的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法，所述豎向導軌包括若干導軌段，所述導軌段分別通過附墻構件固定于已打印建筑的外立面上，且相鄰的導軌段首尾連接。所述豎向導軌不但為3D打印系統提供了穩定的支撐，而且隨著建筑的升高，可以通過不斷的增設導軌段加高豎向導軌，配合電動爬升構件的爬升，能夠實現打印裝置的穩定連續爬升，以適應建筑的高度變化。(4)本專利技術的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統及方法，所述附墻構件的形狀呈V型，所述附墻構件包括兩根附墻連桿，所述兩根附墻連桿的一端連接在一起并與所述導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，包括打印裝置與電動爬升裝置，所述電動爬升裝置設置于已打印建筑的外立面上，所述電動爬升裝置能夠帶動所述打印裝置在豎直方向上移動；所述打印裝置包括一對平行軌道橫梁、至少兩根相平行且各自獨立運動的打印頭橫梁、若干打印頭桿以及若干打印頭，所述打印頭橫梁垂直于所述平行軌道橫梁之間且能夠沿著所述平行軌道橫梁移動，所述打印頭桿的一端固定連接于所述打印頭橫梁上，所述打印頭桿的另一端設置所述打印頭，且所述若干打印頭桿密布于整根所述打印頭橫梁上。

【技術特征摘要】
1.一種爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，包括打印裝置與電動爬升裝置，所述電動爬升裝置設置于已打印建筑的外立面上，所述電動爬升裝置能夠帶動所述打印裝置在豎直方向上移動；所述打印裝置包括一對平行軌道橫梁、至少兩根相平行且各自獨立運動的打印頭橫梁、若干打印頭桿以及若干打印頭，所述打印頭橫梁垂直于所述平行軌道橫梁之間且能夠沿著所述平行軌道橫梁移動，所述打印頭桿的一端固定連接于所述打印頭橫梁上，所述打印頭桿的另一端設置所述打印頭，且所述若干打印頭桿密布于整根所述打印頭橫梁上。2.如權利要求1所述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，所述打印頭桿能夠伸縮，帶動所述打印頭上下移動。3.如權利要求1所述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，各所述打印頭獨立控制。4.如權利要求1所述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，所述軌道橫梁具有一C型空腔，所述打印頭橫梁的兩端分別與一滑塊固定連接，所述滑塊與所述C型空腔相匹配，所述滑塊分別嵌設于對應軌道橫梁的C型空腔內并能夠沿著對應軌道橫梁的C型空腔滑動。5.如權利要求4所述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，還包括打印頭橫梁驅動機構，所述打印頭橫梁驅動機構設置于所述滑塊上，所述打印頭橫梁驅動機構包括驅動電機、傳動機構以及滾輪對，所述滾輪對與所述軌道橫梁的C型空腔的內壁相接觸，所述驅動電機經所述傳動機構帶動所述滾輪對轉動，使得所述滑塊能夠沿著所述軌道橫梁移動。6.如權利要求1所述的爬升式單軸多軌獨立并聯式建筑用3D打印系統，其特征在于，所述電動爬升裝置包括豎向導軌以及電動爬升構件，所述電動爬升構件能夠沿著所述豎向導軌移動并能夠固定于所述豎向導軌上，所述豎向導軌固定于已打印建筑的外立面上，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李榮帥，王美華，李林潔，伍小平，周鋒，李增輝，程金蓉，
申請(專利權)人：上海建工集團股份有限公司，上海市機械施工集團有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31