CN104149345B - 一种自升式建筑用3d打印装置及方法 - Google Patents

Abstract

针对现有技术中3D打印装置只能打印一定高度范围内的建筑以及打印精度低的技术问题，本发明公开了一种自升式建筑用3D打印装置及方法，所述装置包括：若干竖向支撑、轨道横梁机构、打印机构以及附着爬升机构，竖向支撑分布于轨道横梁机构的四周，打印机构设置于轨道横梁机构上，竖向支撑的上端与轨道横梁机构刚性连接，竖向支撑的下端通过对应的附着爬升机构设置于已打印的建筑的外立面上，附着爬升机构能够使得竖向支撑牢固附着在已打印的建筑上且能够推动竖向支撑向上移动。如此，随着所打印的建筑体的升高，3D打印装置也随之升高，既可以解决打印装置对建筑高度的适应性问题，又可以保证3D打印的精确定位打印问题。

Description

一种自升式建筑用3D打印装置及方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，特别涉及一种建筑用3D打印装置及方法。

背景技术

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物。

随着3D打印技术的发展并逐渐成熟，3D打印技术给制造业带来技术革新。在劳动力密集型的建筑行业，如能引入3D打印技术进行工程施工生产，在施工效率，生产成本，工程工期，机械化自动化水平提高等方面均能有很大程度的提高。

现有的建筑用3D打印装置及方法具有如下缺点：

1.3D打印装置的体积重量巨大，对可打印建筑的层高有极大的限制，只能打印高度在一定范围内的建筑；

2.随着建筑层数的增高，3D打印装置本身的升高幅度受限，打印精度无法保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自升式建筑用3D打印装置及方法，通过3D打印装置与建筑本身的结合，随着所打印的建筑体的升高，3D打印装置也随之升高，一方面可以解决打印装置对建筑高度的适应性，可以打印各种高度的建筑体，另一方面3D打印装置与建筑本身的相对静止保证了3D打印的精确定位打印问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种自升式建筑用3D打印装置，包括：若干竖向支撑、轨道横梁机构、打印机构以及附着爬升机构，所述竖向支撑分布于所述轨道横梁机构的四周，所述打印机构设置于所述轨道横梁机构上，所述竖向支撑的上端与所述轨道横梁机构刚性连接，所述竖向支撑的下端通过对应的所述附着爬升机构设置于已打印的建筑的外立面上，所述附着爬升机构能够使得所述竖向支撑牢固附着在已打印的建筑上且能够推动所述竖向支撑向上移动。

优选的，所述附着爬升机构包括导轨、支撑滑块、第一驱动电机、第一传动机构以及第一滚轮对,所述导轨固定设置于所述已打印的建筑上，所述支撑滑块与所述竖向支撑的下端刚性连接，所述支撑滑块嵌设于所述导轨的C型空腔内，所述第一驱动电机、第一传动机构以及第一滚轮对分别设置于所述支撑滑块上，所述第一滚轮对与所述导轨的C型空腔的内壁相接触，所述第一驱动电机经所述第一传动机构带动所述第一滚轮对转动，使得所述支撑滑块沿着导轨向上移动。

优选的，所述附着爬升机构还包括锁紧件，所述锁紧件能够将支撑滑块固定于所述导轨上。

优选的，所述导轨包括至少三根导轨段，反复将位于最下方导轨段接长至位于最上方的导轨段，以使得导轨以及整个打印装置沿建筑的升高而升高。

优选的，所述附着爬升机构包括支撑座、竖向轨道以及传动与防坠装置，所述支撑座沿竖直方向间隔设置于所述已打印的建筑上，所述支撑座上设有凹槽或者支撑销，所述竖向轨道与所述竖向支撑的下部上分别设有若干沿着竖向间隔分布的挂钩，所述挂钩能够挂靠在所述支撑座的凹槽或者支撑销上，所述竖向支撑的下部与所述竖向轨道之间设置传动与防坠装置并通过所述传动与防坠装置进行交替爬升。

优选的，所述传动与防坠装置采用液压传动方式或者链传动方式或者齿轮齿条传动方式来实现竖向轨道与竖向支撑之间的交替爬升。

优选的，所述轨道横梁机构包括水平设置的圆形轨道梁与打印头横梁，所述打印头横梁的中心与所述圆形轨道梁的圆心重合，所述打印头横梁的两端分别与所述圆形轨道梁滑动连接，所述打印头横梁能够绕所述圆形轨道梁的圆心在所述圆形轨道梁所在平面内转动。

优选的，所述打印头横梁与所述圆形轨道梁通过横梁滑块连接，所述圆形轨道梁为C型空腔梁，所述横梁滑块为与所述圆形轨道梁的C型空腔相匹配的弧形滑块，所述打印头横梁的两端分别与嵌设于所述圆形轨道梁的C型空腔内的对应的横梁滑块刚性连接。

优选的，在上述的自升式建筑用3D打印装置中，还包括横梁驱动机构，所述横梁驱动机构设置于所述横梁滑块上，所述横梁驱动机构包括第二驱动电机、第二传动机构以及第二滚轮对,所述横梁滑块嵌设于所述圆形轨道梁的C型空腔内，所述第二滚轮对与所述圆形轨道梁的C型空腔的内壁相接触，所述第二驱动电机经所述第二传动机构带动所述第二滚轮对转动，使得所述横梁滑块沿着所述圆形轨道梁移动。

优选的，在上述的自升式建筑用3D打印装置中，还包括横梁驱动机构，所述横梁驱动机构包括第四驱动电机以及第一支架，所述第一支架固定设置于所述圆形轨道梁的上方，所述第四驱动电机设置于所述第一支架上与所述圆形轨道梁的圆心相对应的位置，所述第四驱动电机的输出部与所述打印头横梁的中心部连接，通过所述第四驱动电机的旋转运动带动所述打印头横梁绕所述圆形轨道梁的圆心在所述圆形轨道梁所在平面内转动。。

优选的，所述打印机构包括打印头杆与打印头，所述打印头杆的上端与打印头横梁滑动连接，所述打印头杆能够沿着所述打印头横梁做直线运动，所述打印头设置于所述打印头杆的下端，所述打印头杆能够带动所述打印头上下移动。

优选的，所述打印头杆与所述打印头横梁通过打印杆滑块连接，所述打印头横梁为工字型梁，且所述打印头横梁的底板设有C型开口腔，C型开口腔的开口方向朝向远离圆形轨道梁的方向，所述打印杆滑块为与所述打印头横梁的C型开口腔相匹配的方形滑块，所述打印头杆上远离打印头的一端与所述打印杆滑块刚性连接。

优选的，在上述的自升式建筑用3D打印装置中，还包括打印头杆驱动机构，所述打印头杆驱动机构包括第三驱动电机、第三传动机构以及第三滚轮对，所述打印头杆驱动机构设置于所述打印杆滑块上，所述打印杆滑块嵌设于所述打印头横梁的C型开口腔内，所述第三滚轮对与所述打印头横梁的C型开口腔的内壁相接触，所述第三驱动电机经所述第三传动机构带动所述第三滚轮对转动，使得所述打印杆滑块沿着所述打印头横梁移动。

优选的，在上述的自升式建筑用3D打印装置中，还包括打印头杆驱动机构，所述打印头杆驱动机构包括：由丝杠与螺母组成丝杠螺母副、第五驱动电机、以及第二支架，所述螺母与所述打印头杆刚性连接，所述丝杠通过所述第二支架设置于所述打印头横梁的斜上方且所述丝杠与所述打印头横梁相平行，所述第五驱动电机驱动所述丝杠转动，所述丝杠经所述螺母带动所述打印头杆沿着所述打印头横梁移动。

本发明还公开了一种自升式建筑用3D打印方法，采用如上所述的自升式建筑用3D打印装置。

优选的，所述导轨包括至少三根导轨段，反复将位于最下方导轨段接长至位于最上方的导轨段，以使得导轨以及整个打印装置沿建筑的升高而升高。

优选的，在轨道梁所在的平面建立二维极坐标系，在轨道横梁机构的圆形轨道梁所在的平面建立二维极坐标系，圆形轨道梁的圆心作为极坐标系的极点，在圆形轨道梁所在平面内从极点引一条射线作为极轴，所述二维坐标系在竖直方向延伸形成三维圆柱坐标系，打印机构的打印头在所述三维圆柱坐标系内的圆柱坐标为(ρ，φ，z)，其中，ρ表示打印头在圆形轨道梁所在平面的投影点到极点的距离，φ表示打印头在圆形轨道梁所在平面的投影点与极轴之间的夹角，z表示打印头离开圆形轨道梁所在的平面的距离。

本发明提供的自升式建筑用3D打印装置及方法，若干竖向支撑、轨道横梁机构、打印机构以及附着爬升机构，所述竖向支撑分布于所述轨道横梁机构的四周，所述打印机构设置于所述轨道横梁机构上，所述竖向支撑的上端与所述轨道横梁机构刚性连接，所述竖向支撑的下端通过对应的所述附着爬升机构设置于已打印的建筑的外立面上，所述附着爬升机构能够使得所述竖向支撑牢固附着在已打印的建筑上且能够推动所述竖向支撑向上移动，通过3D打印装置与建筑本身的结合，随着所打印的建筑体的升高，3D打印装置也随之升高，一方面可以解决打印装置对建筑高度的适应性，可以打印各种高度的建筑体，另一方面3D打印装置与建筑本身的相对静止保证了3D打印的精确定位打印问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的自升式建筑用3D打印装置的主视图；

图2为本发明实施例1的自升式建筑用3D打印装置的侧视图；

图3为本发明实施例1的自升式建筑用3D打印装置的俯视图；

图4为本发明实施例1中的附着爬升机构的结构示意图；

图5为图4的a-a剖视示意图；

图6为图4的b-b剖视示意图；

图7为本发明实施例1中支撑滑块与导轨的装配示意图；

图8为本发明实施例1中支撑滑块上与导轨相对的一面的结构示意图；

图9为本发明实施例1中的轨道横梁机构的结构示意图；

图10为图9的a-a剖视示意图；

图11为图10的b-b剖视示意图；

图12为图10的c-c剖视示意图；

图13为本发明实施例2中附着爬升机构的结构示意图；

图14为本发明实施例3中横梁驱动机构的结构示意图；

图15为本发明实施例4中打印头杆驱动机构的俯视结构示意图；

图16为本发明实施例4中打印头杆驱动机构的侧视结构示意图。

图中：1-竖向支撑、2-轨道横梁机构、21-圆形轨道梁、22-打印头横梁、23-横梁滑块、25-第一支架、26-第四驱动电机、3-打印机构、31-打印头杆、32-打印头、33-打印杆滑块、34-第三滚轮对、35-丝杠、36-螺母、37-第五驱动电机、38-第二支架、39-连接件、4-附着爬升机构、41-导轨、42-支撑滑块、43-第一驱动电机、44-第一滚轮对、45-支撑座、46-竖向轨道、47-传动与防坠装置、5-建筑、51-窗。

具体实施方式

本发明的中心思想在于，通过附着爬升机构能够使得所述竖向支撑牢固附着在已打印的建筑上且能够推动所述竖向支撑向上移动，将3D打印装置与建筑本身相结合，随着所打印的建筑体的升高，3D打印装置也随之升高，既可以解决打印装置对建筑高度的适应性，可以打印各种高度的建筑体，又可以通过3D打印装置与建筑本身的相对静止保证了3D打印的精确定位打印问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的自升式建筑用3D打印装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

结合图1至图3，本实施例公开了一种自升式建筑用3D打印装置，包括：若干竖向支撑1、轨道横梁机构2、打印机构3以及附着爬升机构4，所述竖向支撑1分布于所述轨道横梁机构2的四周，所述打印机构3设置于所述轨道横梁机构2上，所述竖向支撑1的上端与所述轨道横梁机构2刚性连接，所述竖向支撑1的下端通过对应的所述附着爬升机构4设置于已打印的建筑5的外立面上，所述附着爬升机构4能够使得所述竖向支撑1牢固附着在已打印的建筑5上且能够推动所述竖向支撑4向上移动。通过设置所述附着爬升机构4，可以将3D打印装置与建筑5本身相结合，随着所打印的建筑5的升高，3D打印装置也随之升高，既可以解决打印装置对建筑5高度的适应性，可以打印各种高度的建筑体，又可以通过3D打印装置与建筑5本身的相对静止保证了3D打印的精确定位打印问题。

本实施例中，如图4至图8所示，并请结合参阅图1至图3，所述附着爬升机构4包括导轨41、支撑滑块42、第一驱动电机43、第一传动机构(未图示)以及第一滚轮对44,所述导轨41固定设置于所述已打印的建筑5上，所述支撑滑块42与所述竖向支撑1的下端刚性连接，所述支撑滑块42嵌设于所述导轨41的C型空腔内，所述导轨41通过高强螺栓固定于已打印的建筑5上，所述第一驱动电机43、第一传动机构以及第一滚轮对44分别设置于所述支撑滑块42上，所述第一滚轮对44与所述导轨41的C型空腔的内壁相接触，所述第一驱动电机43经所述第一传动机构带动所述第一滚轮对44转动，使得所述支撑滑块42沿着导轨41向上移动。所述第一滚轮对44中的滚轮呈圆柱状。为了提高连接的牢固度，简化安装步骤，所述支撑滑块42可以与所述竖向支撑1一体成型。为了防止出现支撑滑块42发生脱落的风险，所述附着爬升机构4还包括锁紧件(未图示)，所述锁紧件能够将支撑滑块42固定于所述导轨41上。随着，建筑5打印成一定高度，可以对导轨41的上部进行接长。为了节约成本，所述导轨41包括至少三根导轨段，所述至少三段导轨段可拆卸式连接在一起形成所述导轨41，所述导轨段分别与所述已打印的建筑5可拆卸式固定连接，反复将位于最下方导轨段接长至位于最上方的导轨段，以使得导轨41以及整个打印装置沿建筑5的升高而升高。也就是说为了节约成本，可以采用三段以上导轨段，组成导轨41，反复将位于最下方导轨段接长至位于最上方的导轨段，反复利用，连续爬升。

优选的，请参阅图9至图12，并请结合参阅图1至图8，所述轨道横梁机构2包括水平设置的圆形轨道梁21与打印头横梁22，所述打印头横梁22的中心与所述圆形轨道梁21的圆心重合，所述打印头横梁22的两端分别与所述圆形轨道梁21滑动连接，所述打印头横梁22能够绕所述圆形轨道梁21的圆心在所述圆形轨道梁21所在平面内转动。

优选的，所述打印头横梁22与所述圆形轨道梁21通过横梁滑块23连接，所述圆形轨道梁21为C型空腔梁，所述横梁滑块23为与所述圆形轨道梁21的C型空腔相匹配的弧形滑块，所述打印头横梁22的两端分别与嵌设于所述圆形轨道梁21的C型空腔内的对应的横梁滑块23刚性连接。

优选的，在上述的自升式建筑用3D打印装置中，还包括横梁驱动机构。所述横梁驱动机构作为横梁的驱动结构，该结构形式与竖向支撑的驱动结构形式相同。因此，没有在图10、图11示出，也没有用其他图进行标示。所述横梁驱动机构设置于所述横梁滑块23上，所述横梁驱动机构包括第二驱动电机(未图示)、第二传动机构(未图示)以及第二滚轮对(未图示),所述横梁滑块23嵌设于所述圆形轨道梁21的C型空腔内，所述第二滚轮对(未图示)与所述圆形轨道梁21的C型空腔的内壁相接触，所述第二驱动电机经所述第二传动机构带动所述第二滚轮对转动，使得所述横梁滑块23沿着所述圆形轨道梁21移动，从而实现所述打印头横梁22绕所述圆形轨道梁21的圆心在所述圆形轨道梁21所在平面内转动。

优选的，所述打印机构3包括打印头杆31与打印头32，所述打印头杆31的上端与打印头横梁22滑动连接，所述打印头杆31能够沿着所述打印头横梁22做直线运动，所述打印头32设置于所述打印头杆31的下端，所述打印头杆31能够带动所述打印头32上下移动。所述打印头杆31上可以设置用于伸缩所述打印头的伸缩机构。伸缩机构为本领域常规技术手段，此处不进行赘述。

优选的，所述打印头杆31与所述打印头横梁22通过打印杆滑块33连接，所述打印头横梁22为工字型梁，且所述打印头横梁22的底板设有C型开口腔，C型开口腔的开口方向朝向远离圆形轨道梁21的方向，所述打印杆滑块33为与所述打印头横梁22的C型开口腔相匹配的方形滑块，所述打印头杆31上远离打印头32的一端与所述打印杆滑块33刚性连接。

优选的，在上述的自升式建筑用3D打印装置中，还包括打印头杆驱动机构。所述打印头杆驱动机构作为打印头杆31的驱动结构，该结构形式与竖向支撑1以及打印头横梁22的驱动结构形式相同。具体的，所述打印头杆驱动机构包括第三驱动电机(未图示)、第三传动机构(未图示)以及第三滚轮对34，所述打印头杆驱动机构设置于所述打印杆滑块33上，所述打印杆滑块33嵌设于所述打印头横梁22的C型开口腔内，所述第三滚轮对34与所述打印头横梁22的C型开口腔的内壁相接触，所述第三驱动电机经所述第三传动机构带动所述第四滚轮对34转动，使得所述打印杆滑块33沿着所述打印头横梁22移动。

所述导轨41包括至少三根导轨段，所述导轨段可以相互可拆卸式连接，反复将位于最下方导轨段接长至位于最上方的导轨段，以使得导轨41以及整个打印装置沿建筑5升高。采用上述结构的打印装置，可以在圆形轨道梁21所在的平面建立二维极坐标系，圆形轨道梁21的圆心作为极坐标系的极点，在圆形轨道梁21所在平面内从极点引一条射线作为极轴，所述二维坐标系在竖直方向延伸形成三维圆柱坐标系，所述打印头32在所述三维圆柱坐标系内的圆柱坐标为(ρ，φ，z)，其中，ρ表示打印头32在圆形轨道梁21所在平面的投影点到极点的距离，φ表示打印头32在圆形轨道梁21所在平面的投影点与极轴之间的夹角，z表示打印头32离开轨道梁所在的平面的距离，通过打印头横梁22的旋转运动及打印头杆沿打印头横梁22的直线运动能够实现打印头在圆形轨道梁21投影面积内的全方位定位，通过打印头杆31的伸缩能够实现打印头32的上下移动。

上述结构的建筑用3D打印装置，由于采用圆形轨道梁21、打印头横梁22以及打印头杆32等，通过打印头横梁22的旋转运动及打印头杆3沿打印头横梁22的直线运动能够实现打印头32在轨道梁1投影面积内的全方位定位，通过打印头杆3的伸缩能够实现打印头32的上下移动，因此该建筑用3D打印装置可以基于极坐标系形式对打印头32进行定位，与基于直角坐标系建筑用3D打印装置和方法相比，一方面，打印头32运动轨迹可以是真实的圆，而不再是近似的多边形，因此定位精度和定位效果更加高。另一方面，加工时，建筑物5截面轮廓可以一次完成，从而缩短加工周期，提升打印效率。再一方面，打印头32运动轨迹的计算更加方便，除了打印头32离开轨道梁1所在平面的距离外，只需计算打印头32与圆形轨道梁21的垂直中轴线的距离以及旋转的角度即可，该打印头32与圆形轨道梁21的垂直中轴线的距离小于圆形轨道梁21的半径，因而计算控制较为简单，降低了生产成本，具有显著的经济效果。

本实施例还公开了一种自升式建筑用3D打印方法，采用如上所述的自升式建筑用3D打印装置，通过设置所述附着爬升机构4，可以将3D打印装置与建筑5本身相结合，随着所打印的建筑5的升高，3D打印装置也随之升高，既可以解决打印装置对建筑5高度的适应性，可以打印各种高度的建筑体，又可以通过3D打印装置与建筑5本身的相对静止保证了3D打印的精确定位打印问题。

此外，通过在轨道横梁机构的圆形轨道梁21所在的平面建立二维极坐标系，圆形轨道梁21的圆心作为极坐标系的极点，在圆形轨道梁21所在平面内从极点引一条射线作为极轴，所述二维坐标系在竖直方向延伸形成三维圆柱坐标系，打印机构的打印头32在所述三维圆柱坐标系内的圆柱坐标为(ρ，φ，z)，其中，ρ表示打印头32在圆形轨道梁21所在平面的投影点到极点的距离，φ表示打印头在圆形轨道梁21所在平面的投影点与极轴之间的夹角，z表示打印头离开圆形轨道梁21所在的平面的距离。通过打印头横梁22的旋转运动及打印头杆31沿打印头横梁22的直线运动能够实现打印头32在圆形轨道梁21投影面积内的全方位定位，通过打印头杆31的伸缩能够实现打印头32的上下移动。

实施例2

本实施例与以上实施例的区别在于，如图13所示，所述附着爬升机构4包括支撑座45、竖向轨道46以及传动与防坠装置47，所述支撑座45沿竖直方向间隔设置于所述已打印的建筑5上，所述支撑座45上设有凹槽或者支撑销，所述竖向轨道46与所述竖向支撑1的下部上分别设有若干沿着竖向间隔分布的挂钩，所述挂钩能够挂靠在所述支撑座45的凹槽或者支撑销上，所述竖向支撑1的下部与所述竖向轨道46之间设置传动与防坠装置47并通过传动与防坠装置47进行交替爬升。所述传动与防坠装置47采用液压传动方式或者链传动方式或者齿轮齿条传动方式来实现竖向轨道46与竖向支撑1之间的交替爬升。当然，所述附着爬升机构4也可以采用其他结构形式实现。

实施例3

本实施例与以上各实施例的区别在于，如图14所示，所述横梁驱动机构包括第四驱动电机26以及第一支架25，所述第一支架25固定设置于所述圆形轨道梁21的上方，所述第四驱动电机26设置于所述第一支架25上与所述圆形轨道梁21的圆心相对应的位置，所述第四驱动电机26的输出部与所述打印头横梁22的中心部连接，通过所述第四驱动电机26的旋转运动带动所述打印头横梁22绕所述圆形轨道梁21的圆心在所述圆形轨道梁21所在平面内转动。当然，所述横梁驱动机构还可以采用其他结构实现，此处不一一列举。

实施例4

本实施例与以上各实施例的区别在于，如图15和图16所示，所述打印头杆驱动机构包括：由丝杠35与螺母36组成丝杠螺母副、第五驱动电机37、以及第二支架38，所述螺母36与所述打印头杆31通过连接件39刚性连接，所述丝杠35通过所述第二支架38设置于所述打印头横梁22的斜上方且所述丝杠35与所述打印头横梁22相平行，所述第五驱动电机37驱动所述丝杠35转动，所述丝杠35经所述螺母36带动所述打印头杆31沿着所述打印头横梁22移动。为了防止移动的螺母以及连接件39对实施例2中第四驱动电机26的运行干涉，所述丝杠35通过所述第二支架38设置于所述打印头横梁22的斜上方，而非正上方，此可以通过呈“L”的连接件实现。当然，所述打印头杆驱动机构还可以采用其他结构实现，此处不一一列举。

综上所述，本发明所提供的自升式建筑用3D打印装置及方法，通过设置若干竖向支撑、轨道横梁机构、打印机构以及附着爬升机构，所述竖向支撑分布于所述轨道横梁机构的四周，所述打印机构设置于所述轨道横梁机构上，所述竖向支撑的上端与所述轨道横梁机构刚性连接，所述竖向支撑的下端通过对应的所述附着爬升机构设置于已打印的建筑的外立面上，所述附着爬升机构能够使得所述竖向支撑牢固附着在已打印的建筑上且能够推动所述竖向支撑向上移动，通过3D打印装置与建筑本身的结合，随着所打印的建筑体的升高，3D打印装置也随之升高，一方面可以解决打印装置对建筑高度的适应性，可以打印各种高度的建筑体，另一方面3D打印装置与建筑本身的相对静止保证了3D打印的精确定位打印问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，包括：若干竖向支撑、轨道横梁机构、打印机构以及附着爬升机构，所述竖向支撑分布于所述轨道横梁机构的四周，所述打印机构设置于所述轨道横梁机构上，所述竖向支撑的上端与所述轨道横梁机构刚性连接，所述竖向支撑的下端通过对应的所述附着爬升机构设置于已打印的建筑的外立面上，所述附着爬升机构能够使得所述竖向支撑牢固附着在已打印的建筑上且能够推动所述竖向支撑向上移动。

2.如权利要求1所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述附着爬升机构包括导轨、支撑滑块、第一驱动电机、第一传动机构以及第一滚轮对,所述导轨固定设置于所述已打印的建筑上，所述支撑滑块与所述竖向支撑的下端刚性连接，所述支撑滑块嵌设于所述导轨的C型空腔内，所述第一驱动电机、第一传动机构以及第一滚轮对分别设置于所述支撑滑块上，所述第一滚轮对与所述导轨的C型空腔的内壁相接触，所述第一驱动电机经所述第一传动机构带动所述第一滚轮对转动，使得所述支撑滑块沿着导轨向上移动。

3.如权利要求2所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述附着爬升机构还包括锁紧件，所述锁紧件能够将支撑滑块固定于所述导轨上。

4.如权利要求2所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述导轨包括至少三根导轨段，反复将位于最下方导轨段接长至位于最上方的导轨段，以使得导轨以及整个打印装置沿建筑的升高而升高。

5.如权利要求1所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述附着爬升机构包括支撑座、竖向轨道以及传动与防坠装置，所述支撑座沿竖直方向间隔设置于所述已打印的建筑上，所述支撑座上设有凹槽或者支撑销，所述竖向轨道与所述竖向支撑的下部上分别设有若干沿着竖向间隔分布的挂钩，所述挂钩能够挂靠在所述支撑座的凹槽或者支撑销上，所述竖向支撑的下部与所述竖向轨道之间设置传动与防坠装置并通过所述传动与防坠装置进行交替爬升。

6.如权利要求5所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述传动与防坠装置采用液压传动方式或者链传动方式或者齿轮齿条传动方式来实现竖向轨道与竖向支撑之间的交替爬升。

7.如权利要求1所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述轨道横梁机构包括水平设置的圆形轨道梁与打印头横梁，所述打印头横梁的中心与所述圆形轨道梁的圆心重合，所述打印头横梁的两端分别与所述圆形轨道梁滑动连接，所述打印头横梁能够绕所述圆形轨道梁的圆心在所述圆形轨道梁所在平面内转动。

8.如权利要求7所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述打印头横梁与所述圆形轨道梁通过横梁滑块连接，所述圆形轨道梁为C型空腔梁，所述横梁滑块为与所述圆形轨道梁的C型空腔相匹配的弧形滑块，所述打印头横梁的两端分别与嵌设于所述圆形轨道梁的C型空腔内的对应的横梁滑块刚性连接。

9.如权利要求7所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，还包括横梁驱动机构，所述横梁驱动机构设置于所述横梁滑块上，所述横梁驱动机构包括第二驱动电机、第二传动机构以及第二滚轮对,所述横梁滑块嵌设于所述圆形轨道梁的C型空腔内，所述第二滚轮对与所述圆形轨道梁的C型空腔的内壁相接触，所述第二驱动电机经所述第二传动机构带动所述第二滚轮对转动，使得所述横梁滑块沿着所述圆形轨道梁移动。

10.如权利要求7所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，还包括横梁驱动机构，所述横梁驱动机构包括第四驱动电机以及第一支架，所述第一支架固定设置于所述圆形轨道梁的上方，所述第四驱动电机设置于所述第一支架上与所述圆形轨道梁的圆心相对应的位置，所述第四驱动电机的输出部与所述打印头横梁的中心部连接，通过所述第四驱动电机的旋转运动带动所述打印头横梁绕所述圆形轨道梁的圆心在所述圆形轨道梁所在平面内转动。

11.如权利要求7所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述打印机构包括打印头杆与打印头，所述打印头杆的上端与打印头横梁滑动连接，所述打印头杆能够沿着所述打印头横梁做直线运动，所述打印头设置于所述打印头杆的下端，所述打印头杆能够带动所述打印头上下移动。

12.如权利要求11所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，所述打印头杆与所述打印头横梁通过打印杆滑块连接，所述打印头横梁为工字型梁，且所述打印头横梁的底板设有C型开口腔，C型开口腔的开口方向朝向远离圆形轨道梁的方向，所述打印杆滑块为与所述打印头横梁的C型开口腔相匹配的方形滑块，所述打印头杆上远离打印头的一端与所述打印杆滑块刚性连接。

13.如权利要求12所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，还包括打印头杆驱动机构，所述打印头杆驱动机构包括第三驱动电机、第三传动机构以及第三滚轮对，所述打印头杆驱动机构设置于所述打印杆滑块上，所述打印杆滑块嵌设于所述打印头横梁的C型开口腔内，所述第三滚轮对与所述打印头横梁的C型开口腔的内壁相接触，所述第三驱动电机经所述第三传动机构带动所述第三滚轮对转动，使得所述打印杆滑块沿着所述打印头横梁移动。

14.如权利要求12所述的自升式建筑用3D打印装置，其特征在于，还包括打印头杆驱动机构，所述打印头杆驱动机构包括：由丝杠与螺母组成丝杠螺母副、第五驱动电机、以及第二支架，所述螺母与所述打印头杆刚性连接，所述丝杠通过所述第二支架设置于所述打印头横梁的斜上方且所述丝杠与所述打印头横梁相平行，所述第五驱动电机驱动所述丝杠转动，所述丝杠经所述螺母带动所述打印头杆沿着所述打印头横梁移动。

15.一种自升式建筑用3D打印方法，其特征在于，采用如权利要求1-13任意一项所述的自升式建筑用3D打印装置。

16.如权利要求15所述的自升式建筑用3D打印方法，其特征在于，在轨道横梁机构的圆形轨道梁所在的平面建立二维极坐标系，圆形轨道梁的圆心作为极坐标系的极点，在圆形轨道梁所在平面内从极点引一条射线作为极轴，所述二维坐标系在竖直方向延伸形成三维圆柱坐标系，打印机构的打印头在所述三维圆柱坐标系内的圆柱坐标为(ρ，φ，z)，其中，ρ表示打印头在圆形轨道梁所在平面的投影点到极点的距离，φ表示打印头在圆形轨道梁所在平面的投影点与极轴之间的夹角，z表示打印头离开圆形轨道梁所在的平面的距离。