CN107322754B - 用于筒体结构的3d打印装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的用于筒体结构的3D打印装置及方法,涉及建筑施工技术领域。针对现有3D打印装置稳定性差、定位精度及打印效率低的问题。它包括高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置;高度方向自适应扩展装置包括导轨基座及能够沿其爬升或下降的顶升机构;打印装置的内部导轨梁通过内支撑梁与顶升机构连接,外部导轨梁通过外支撑梁与顶升机构连接,打印头导轨横梁能够沿内外部导轨梁的轨道滑行;标准节提升装置包括框架结构,提升旋转驱动机构及提升支架,3D打印方法:控制打印头在内外部导轨梁之间的环形平面内喷射建筑材料打印筒体结构各截面层,将吊装的基座标准节安装于导轨基座的顶端以扩展导轨基座高度,沿高度方向逐层打印筒体结构。

Description

用于筒体结构的3D打印装置及方法
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域,特别涉及一种用于筒体结构的3D打印装置及方法。
背景技术
传统建筑业的机械化和自动化程度较低,行业发展迫切需要转型升级。近年来,日渐成熟的3D打印技术给劳动力密集型的建筑业带来巨大的变革和技术创新,建筑3D打印技术利用打印智能控制使建筑物一次成型,建筑耗材和工艺损耗少,而机械化、自动化程度高,因此,建筑3D打印技术是实现建筑业转型升级的一种重要手段,也是实现建筑高效、安全、数字化、自动化及智能化建造的有效途径。
筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体,常见的有电厂火力冷却塔、粮仓等。对于高大异形筒体结构的施工建造,施工全过程高度依赖施工人员,而且作业环境苛刻,极易发生安全事故。现有高层或超高层建(构)筑物的3D打印装置及方法具有以下局限性:(1)与3D打印装置连接的连续爬升装置需附着在已打印建筑体的外立面,不适用于具有连续变截面的高大筒体结构施工;(2)基于塔吊改装的自爬升打印装置的稳定性和精度均难以保障;(3)3D打印装置打印头的定位系统主要是基于直角坐标或极坐标系原理,定位精度低且打印效率低。可见,现有建(构)筑物的3D打印装置并不适用于筒体结构的建造。
发明内容
针对现有高层或超高层建(构)筑物的3D打印装置必须附着已打印的建筑体外立面,稳定性差、定位精度低、打印效率低,且无法用于具有连续变截面的高大筒体结构施工的问题。本发明的目的是提供一种用于筒体结构的3D打印装置及方法,能够实现变截面高大筒体结构建(构)筑物的高效高精度的自动化建造。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:用于筒体结构的3D打印装置包括自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置;
所述高度方向自适应扩展装置包括竖向设置且与地下基础刚性连接的导轨基座,及套设于所述导轨基座外侧且能够沿所述导轨基座爬升或下降的顶升机构;所述导轨基座由若干基座标准节拼装而成,所述基座标准节包括柱型的支撑主体,沿所述支撑主体轴线方向平行设置且安装于所述支撑主体外壁的若干导轨标准节,以及固定于所述支撑主体内腔顶端或底端的扩展连接件,多个所述基座标准节通过扩展连接件依次卡接,使得多个所述导轨标准节拼接为连续的导轨,所述顶升机构包括一支撑框架,安装于所述支撑框架内侧的若干能够沿所述导轨滑动的滚轮及顶升驱动制动器;
所述打印装置包括环形、间隔设置且同圆心的内部导轨梁和外部导轨梁,径向设置的内支撑梁和外支撑梁,设置于所述内部导轨梁和所述外部导轨梁之间的打印头导轨横梁,垂直安装于所述打印头导轨横梁底部的打印头,设置于所述打印头导轨横梁两端的导轨横梁驱动制动机构,及设置于所述打印头与所述打印头导轨横梁连接处的打印头驱动制动机构;所述内部导轨梁通过所述内支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接,所述外部导轨梁通过所述外支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接,所述打印头导轨横梁能够沿所述内部导轨梁和所述外部导轨梁的轨道滑行,且滑行过程中所述打印头导轨横梁的延长线均通过所述内部导轨梁的圆心;
所述标准节提升装置包括与所述打印装置的内部导轨梁连接的框架结构,设置于所述框架结构顶端的提升旋转驱动机构,及安装于所述提升旋转驱动机构顶端的提升支架;所述提升支架的一端连接提升平衡装置,所述提升支架的另一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构;
所述高度方向自适应扩展装置、打印装置和标准节提升装置均与动力控制系统通信连接。
优选的,所述高度方向自适应扩展装置还包括若干伸缩式附着连接件,所述伸缩式附着连接件的一端与支撑主体侧壁连接,其另一端与已施工筒体结构的内壁连接。
优选的,所述内部导轨梁的纵截面呈C形,竖向设置于所述内部导轨梁内的分隔板将其内腔划分为建筑材料容纳腔及C形的滑道一,所述建筑材料容纳腔的顶端设有注入口,所述建筑材料容纳腔的侧壁设有通孔一,所述外部导轨梁具有C形的滑道二,所述打印头导轨横梁的两端分别设有与所述滑道一和所述滑道二的凹槽相配合的滑块,使得所述打印头导轨横梁的两端能够沿所述滑道一和所述滑道二滑动,所述打印头导轨横梁具有密闭的中空腔室,所述打印头导轨横梁靠近所述内部导轨梁的一端设有与所述通孔一相对应的通孔二。
优选的,所述内支撑梁和所述外支撑梁均布且交错设置于所述顶升机构的支撑框架上。
优选的,所述标准节提升装置的框架结构包括均布于所述内部导轨梁上且平行设置的若干竖杆,设置于所述竖杆顶端且首尾相连的若干横杆,及若干安装于相邻两根横杆或竖杆之间的斜杆。
优选的,所述标准节提升装置的提升支架包括与提升旋转驱动机构活动连接的提升横梁、安装于所述提升横梁上的提升立柱,及分别连接于所述提升横梁端部和所述提升立柱顶部的若干拉接件,所述提升横梁短臂的一端连接提升平衡装置,所述提升横梁长臂的一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构。
优选的,设置于所述导轨基座底部的底座与地下基础螺栓连接。
另外,本发明还提供了一种筒体结构的3D打印方法,步骤如下:
S101:建造地下基础,将如权利要求1至7任一项所述的用于筒体结构的3D打印装置固定于所述地下基础;
S102:通过动力控制系统向所述3D打印装置发送控制指令,通过导轨横梁驱动制动机构控制打印头导轨横梁围绕圆心在内部导轨梁和外部导轨梁之间的环形平面内转动和制动,通过打印头驱动制动机构控制打印头相对于所述打印头导轨横梁在所述环形平面内作线性运动和制动,通过控制打印头杆使得打印头在垂直方向作伸缩运动,并控制所述打印头在所述环形平面内喷射建筑材料以实现所述筒体结构各截面层的打印施工,待已打印筒体结构的高度超过所述打印头杆的伸缩范围时,启动顶升机构带动所述打印装置向上爬升,自下向上沿高度方向逐层打印所述筒体结构;
S103:当所述已打印筒体结构的高度超过一节基座标准节的高度时,通过所述动力控制系统向标准节提升装置发送控制指令,将吊装的基座标准节安装于导轨基座的顶端,实现所述基座标准节的提升和扩展就位;
S104:启动所述顶升机构,向上顶升直至所述打印头超过所述已打印筒体结构一定高度后并制动,重复步骤S102和步骤S103,如此循环逐层打印所述筒体结构。
优选的,所述步骤S102还包括,待所述已打印筒体结构的高度接近一节所述基座标准节的长度时,安装伸缩式附着连接件,使所述伸缩式附着连接件的两端分别与所述已打印筒体结构及所述基座标准节连接固定。
优选的,所述步骤S102还包括,所述动力控制系统发送控制信号,建筑材料通过注入口进入建筑材料容纳腔,经通孔一和通孔二流入所述打印头导轨横梁的中空腔室,并进入所述打印头实施打印。
本发明的效果在于:
一、发明的用于筒体结构的3D打印装置,它包括自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置;高度方向自适应扩展装置的导轨基座由若干基座标准节拼装而成,使得安装于基座标准节外壁的导轨标准节能够拼装成连续的导轨,设置于导轨基座外侧的顶升机构能够沿导轨爬升,随着筒体结构打印高度的增加,安装于内部导轨梁顶部的标准节提升装置能够吊运基座标准节并依次安装于导轨基座上,实现导轨基座高度的自适应调节;打印装置的内部导轨梁和外部导轨梁通过支撑梁与顶升机构连接,连接有打印头的打印头导轨横梁的两端能够沿内部导轨梁和外部导轨梁的轨道滑动,打印头导轨横梁绕圆心在内部导轨梁和外部导轨梁之间的环形平面内转动和制动,打印头相对于打印头导轨横梁在该环形平面内作线性运动和制动,打印头沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动,而且,顶升机构能够带动打印装置沿导轨基座的导轨沿高度方向滑动和制动,可见,打印装置通过柱坐标系形式对打印头进行精确定位,进而实现打印头在筒体结构施工范围内的全方位定位;综上,打印头能够在内部导轨梁和外部导轨梁之间的环形平面内自由滑动并打印建筑材料,且能够随高度方向自适应扩展装置同步爬升并实现筒体结构的逐层打印,实现变截面高大筒体结构建(构)筑物的高效高精度的自动化建造;而且,该打印装置利用自身结构建立支撑体系,结构更加稳定,不必附着于已打印建筑物的外立面,自动化程度高,显著提升了施工效率。
二、本发明的筒体结构的3D打印方法,通过动力控制系统向3D打印装置发送控制指令,使得打印头在内部导轨梁和外部导轨梁之间的环形平面内喷射建筑材料以实现筒体结构各截面层的打印施工,待已打印筒体结构的高度达到一节基座标准节的高度时,动力控制系统控制标准节提升装置将吊装的基座标准节安装于导轨基座的顶端,实现基座标准节的提升和扩展就位,即导轨基座的高度能够根据施工要求作适应性调节,再次启动顶升机构带动打印装置向上爬升实施后续打印施工,如此循环,自下向上沿高度方向逐层完成打印筒体结构各横截面层的打印,该3D打印方法自动化程度高,减轻了施工人员的劳动强度,在保证施工安全的同时还提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的用于筒体结构的3D打印装置的立体图;
图2为本发明一实施例的用于筒体结构的3D打印装置的俯视图;
图3为图2的A-A向剖视图;
图4为本发明一实施例的内部导轨梁与打印头导轨横梁连接关系的示意图;
图5为本发明一实施例的用于筒体结构的3D打印装置施工筒体结构的示意图;
图6为本发明一实施例的标准节提升装置吊装基座标准节的示意图;
图7为本发明一实施例的基座标准节扩展就位的示意图;
图8为本发明一实施例的用于筒体结构的3D打印装置高度扩展后继续打印建造筒体结构的示意图。
图中标号如下:
地下基础100;高度方向自适应扩展装置200;导轨基座210;基座标准节210';支撑主体210a;导轨标准节210b;扩展连接件210c;顶升机构220;伸缩式附着连接件240;底座260;打印装置300;内部导轨梁310;建筑材料容纳腔310a;滑道一310b;注入口310c;通孔一310d;外部导轨梁320;内支撑梁330;外支撑梁340;打印头导轨横梁350;通孔二350a;打印头驱动制动机构360;打印头杆371;打印头370;导轨横梁驱动制动机构380;标准节提升装置600;框架结构610;竖杆610a;横杆610b;斜杆610c;提升旋转驱动机构620;提升横梁630;提升立柱640;拉接件650;提升平衡装置660;提升牵引机构670;已打印筒体结构700。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于筒体结构的3D打印装置及方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书,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。为叙述方便,下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致,但这不能成为本发明技术方案的限制。
实施例一:本实施例以某电厂火力冷却塔的施工为例,为保证冷却效果,火力冷却塔为双曲面造型的筒体结构,即火力冷却塔具有连续变截面,为了明确方向关系,按需要设置了将z轴方向作为已打印筒体结构700高度延伸方向的xyz直角坐标系,下面结合图1至图8说明本发明的用于筒体结构的3D打印装置,它包括自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置200、打印装置300及标准节提升装置600;
如图1和图3所示,高度方向自适应扩展装置200包括竖向设置且与地下基础100刚性连接的导轨基座210,及套设于导轨基座210外侧且能够沿导轨基座210爬升或下降的顶升机构220;导轨基座210由若干基座标准节210'依次拼装而成,基座标准节210'包括方柱型的支撑主体210a,沿支撑主体210a轴线ax方向平行设置且分别安装于支撑主体210a转角外侧的四个导轨标准节210b,以及固定于支撑主体210a内腔顶端或底端的方柱型扩展连接件210c;多个基座标准节210'通过扩展连接件210c依次卡接,使得多个导轨标准节210b依次拼接为连续的导轨;顶升机构220包括一矩形的支撑框架,安装于支撑框架转角内侧的四个能够沿导轨滑动的滚轮及四个顶升驱动制动器(图中未示出)。需指出的是,此处方柱型的支撑主体210a仅是一个示例,支撑主体210a也可采用圆柱形等其他造型,均可实现本发明的技术方案;
如图1和图2所示,打印装置300包括呈环形、间隔设置且同圆心O的内部导轨梁310和外部导轨梁320,径向设置的内支撑梁330和外支撑梁340,设置于内部导轨梁310和外部导轨梁320之间的打印头导轨横梁350,垂直安装于打印头导轨横梁350底部的打印头杆371及打印头370,设置于打印头导轨横梁350两端的导轨横梁驱动制动机构380,及设置于打印头370与打印头导轨横梁350连接处的打印头驱动制动机构360;内部导轨梁310通过内支撑梁330与顶升机构220的支撑框架连接,外部导轨梁320通过外支撑梁340与顶升机构220的支撑框架连接,打印头导轨横梁350能够沿内部导轨梁310和外部导轨梁320的轨道滑行,且滑行过程中打印头导轨横梁350的延长线均通过内部导轨梁310的圆心O;
如图1和图3所示,标准节提升装置600包括与打印装置300的内部导轨梁310连接的框架结构610,设置于框架结构610顶端的提升旋转驱动机构620,及安装于提升旋转驱动机构620顶端的提升支架;提升支架的一端连接提升平衡装置660,提升支架的另一端连接提升梁径向驱动机构和提升牵引机构670,上述高度方向自适应扩展装置200、打印装置300及标准节提升装置600的轴线重合。上述高度方向自适应扩展装置200、打印装置300和标准节提升装置600均与动力控制系统(图中未示出)通信连接,且动力控制系统均可向顶升驱动制动器、导轨横梁驱动制动机构380、打印头驱动制动机构360、打印头370、提升旋转驱动机构620、提升梁径向驱动机构和提升牵引机构670发送控制指令,因动力控制系统不在本发明权利要求的保护范围内,故对其结构及连接关系不作具体阐述。
发明的用于筒体结构的3D打印装置,它包括自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置200、打印装置300及标准节提升装置600;高度方向自适应扩展装置200的导轨基座210由若干基座标准节210'拼装而成,使得安装于基座标准节210'外壁的导轨标准节210b能够拼装成连续的导轨,设置于导轨基座210外侧的顶升机构220能够沿导轨爬升,随着筒体结构打印高度的增加,安装于内部导轨梁310顶部的标准节提升装置600能够吊运基座标准节210'并依次安装于导轨基座210上,实现导轨基座210高度的自适应调节;打印装置的内部导轨梁310和外部导轨梁320通过支撑梁与顶升机构220连接,连接有打印头370的打印头导轨横梁350的两端能够沿内部导轨梁310和外部导轨梁320的轨道滑动,打印头导轨横梁350绕圆心O在内部导轨梁310和外部导轨梁320之间的环形平面内转动和制动,打印头370相对于打印头导轨横梁350在该环形平面内作线性运动和制动,打印头370沿着打印头杆371在垂直方向作伸缩运动,而且,顶升机构220能够带动打印装置300沿导轨基座210的导轨沿高度方向滑动和制动,可见,打印装置300通过柱坐标系形式对打印头370进行精确定位,进而实现打印头370在筒体结构施工范围内的全方位定位,其中,打印头370的柱坐标(r、z),r为打印头370在内部导轨梁310和外部导轨梁320所在环形平面内的投影点到其圆心O的距离,为打印头导轨横梁350与坐标轴x或y的夹角,z表示打印头370到上述环形平面的垂直距离;综上,打印头370能够在内部导轨梁310和外部导轨梁320之间的环形平面内自由滑动并打印建筑材料,且能够随高度方向自适应扩展装置200同步爬升并实现筒体结构的逐层打印,实现变截面高大筒体结构建(构)筑物的高效高精度的自动化建造;而且,该打印装置300利用自身结构建立支撑体系,结构更加稳定,不必附着于已打印建筑物的外立面,自动化程度高,显著提升了施工效率。
如图1和图3所示,高度方向自适应扩展装置200还包括若干伸缩式附着连接件240,伸缩式附着连接件240的一端与导轨基座210的支撑主体210a的侧壁连接,其另一端连接于已打印筒体结构700内壁的预埋件上。本实施例中,支撑主体210a的同一横截面上设置四个伸缩式附着连接件240,四个伸缩式附着连接件240分别与支撑主体210a的四个侧面垂直,使得已施工筒体结构能够稳定支撑于导轨基座210上,伸缩式附着连接件240可采用液压缸结构等,能够根据导轨基座210与已施工筒体结构之间的距离灵活调节其长度。
如图4所示,内部导轨梁310的纵截面呈C形,竖向设置的分隔板将其内腔划分为建筑材料容纳腔310a及C形的滑道一310b,建筑材料容纳腔310a的顶端设有注入口310c,建筑材料容纳腔310a的侧壁设有通孔一310d,外部导轨梁320具有C形的滑道二(图中未示出),打印头导轨横梁350的两端分别设有与滑道一310b和滑道二的凹槽相配合的滑块,使得打印头导轨横梁350的两端能够沿滑道一310b和滑道二自由滑动,打印头导轨横梁350具有密闭的中空腔室,打印头导轨横梁350靠近内部导轨梁310的一端设有与通孔一310d相对应的通孔二350a,使得打印头导轨横梁350与建筑材料容纳腔310a连通。当实施打印施工时,动力控制系统(图中未示出)发送控制信号,建筑材料通过注入口310c进入建筑材料容纳腔310a,经通孔一310d和通孔二350a流入打印头导轨横梁350的中空腔室,并进入打印头370实施打印。在内部导轨梁310上设置位置固定的建筑材料注入口310c,建筑材料通过打印头导轨横梁350的中空腔室进入打印头370实施打印施工,简化了建筑材料输入端的结构,操作更加方便,并易于控制。
更佳的,如图1所示,为增强打印装置环形结构的稳定性,内支撑梁330和外支撑梁340均布且交错设置于顶升机构220的支撑框架上,本实施例中,四根内支撑梁330分别固定于支撑框架的四个转角部,四根外支撑梁340分别固定于支撑框架四个侧面的中部。
请继续参考图1和图3,标准节提升装置600的框架结构610包括均布于内部导轨梁310上且平行设置的四根竖杆610a,设置于竖杆610a顶端且首尾相连的四根横杆610b,及安装于四根横杆610b所构成的矩形框架内的两根交叉设置的斜杆610c,提升旋转驱动机构620安装于两根斜杆610c的交叉点上,也就是说,提升旋转驱动机构620与框架结构610的轴线重合,如此设置,有利于标准节提升装置600整体结构的稳定性。
上述提升支架包括与提升旋转驱动机构620活动连接的提升横梁630、安装于提升横梁630上的提升立柱640,及分别连接于提升横梁630端部和提升立柱640顶部的若干拉接件650,提升横梁630短臂的一端连接提升平衡装置660,提升横梁630长臂的一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构670;通过提升旋转驱动机构620的运动可实现提升横梁630的360°转动,通过提升梁径向驱动机构可实现提升牵引机构670沿提升横梁630的长臂作直线运动,以及沿着垂直方向作直线运动,从而将提升牵引机构670吊装的基座标准节210'准确放置于导轨基座210的顶端实施后续拼装。
为保障施工安全,导轨基座210的底部还设有与其垂直的底座260,该底座260与地下基础100螺栓连接,使得3D打印装置能够牢固连接于地下基础100,而且,螺栓连接的方式便于3D打印装置的安装及拆卸。
实施例二:结合图1至图8说明本发明的筒体结构的3D打印方法,具体步骤如下:
S101:如图3所示,建造3D打印装置的地下基础100,将3D打印装置固定于地下基础100;
S102:如图5所示,通过动力控制系统向3D打印装置发送控制指令,通过导轨横梁驱动制动机构380控制打印头导轨横梁350围绕圆心O在内部导轨梁310和外部导轨梁320之间的环形平面内转动和制动,通过打印头驱动制动机构360控制打印头370相对于打印头导轨横梁350在环形平面内作线性运动和制动,通过控制打印头杆371使得打印头370在垂直方向作伸缩运动,并控制打印头370在上述环形平面内喷射建筑材料以实现筒体结构各截面层的打印施工,待已打印筒体结构700的高度超过打印头杆371的伸缩范围,启动顶升机构220带动打印装置向上爬升,自下向上沿高度方向逐层打印筒体结构;
S103:如图6和图7所示,当已打印筒体结构700的高度超过一节基座标准节210'的高度时,通过动力控制系统向标准节提升装置600发送控制指令,控制提升旋转驱动机构620使得提升横梁630的360°转动,并控制提升梁径向驱动机构实现提升牵引机构670沿提升横梁630的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动,将吊装的基座标准节210'安装于导轨基座210的顶端,实现基座标准节210'的提升和扩展就位;
S104:如图8所示,启动顶升机构220,向上顶升直至打印头370超过已打印筒体结构700一定高度后并制动,重复步骤S102和步骤S103,如此循环逐层打印筒体结构。
本发明的筒体结构的3D打印方法,通过动力控制系统向3D打印装置发送控制指令,使得打印头370在内部导轨梁310和外部导轨梁320之间的环形平面内喷射建筑材料以实现筒体结构各截面层的打印施工,待已打印筒体结构700的高度达到一节基座标准节210'的高度时,动力控制系统控制标准节提升装置600将吊装的基座标准节210'安装于导轨基座210的顶端,实现基座标准节210'的提升和扩展就位,即导轨基座210的高度能够根据施工要求作适应性调节,再次启动顶升机构220带动打印装置向上爬升实施后续打印施工,如此循环,自下向上沿高度方向逐层完成打印筒体结构各横截面层的打印,该3D打印方法自动化程度高,减轻了施工人员的劳动强度,在保证施工安全的同时还提高了工作效率。
上述步骤S102还包括,待已打印筒体结构700的高度接近一节基座标准节210'的长度时,安装伸缩式附着连接件240,使伸缩式附着连接件240的两端分别与已打印筒体结构700及基座标准节210'连接固定,伸缩式附着连接件240能够根据导轨基座210与已施工筒体结构之间的距离灵活调节其长度。
上述步骤S102还包括,动力控制系统发送控制信号,建筑材料通过注入口310c进入建筑材料容纳腔310a,经通孔一310d和通孔二350a流入打印头导轨横梁350的中空腔室,并进入打印头370实施打印,建筑材料通过打印头导轨横梁350的中空腔室进入打印头370实施打印施工,操作更加方便,并易于控制。
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,均属于权利要求范围。

Claims (10)

1.用于筒体结构的3D打印装置,其特征在于,包括:自下而上依次连接的高度方向自适应扩展装置、打印装置及标准节提升装置;
所述高度方向自适应扩展装置包括竖向设置且与地下基础刚性连接的导轨基座,及套设于所述导轨基座外侧且能够沿所述导轨基座爬升或下降的顶升机构;所述导轨基座由若干基座标准节拼装而成,所述基座标准节包括柱型的支撑主体,沿所述支撑主体轴线方向平行设置且安装于所述支撑主体外壁的若干导轨标准节,以及固定于所述支撑主体内腔顶端或底端的扩展连接件,多个所述基座标准节通过扩展连接件依次卡接,使得多个所述导轨标准节拼接为连续的导轨,所述顶升机构包括一支撑框架,安装于所述支撑框架内侧的若干能够沿所述导轨滑动的滚轮及顶升驱动制动器;
所述打印装置包括环形、间隔设置且同圆心的内部导轨梁和外部导轨梁,径向设置的内支撑梁和外支撑梁,设置于所述内部导轨梁和所述外部导轨梁之间的打印头导轨横梁,垂直安装于所述打印头导轨横梁底部的打印头,设置于所述打印头导轨横梁两端的导轨横梁驱动制动机构,及设置于所述打印头与所述打印头导轨横梁连接处的打印头驱动制动机构;所述内部导轨梁通过所述内支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接,所述外部导轨梁通过所述外支撑梁与所述顶升机构的支撑框架连接,所述打印头导轨横梁能够沿所述内部导轨梁和所述外部导轨梁的轨道滑行,且滑行过程中所述打印头导轨横梁的延长线均通过所述内部导轨梁的圆心;
所述标准节提升装置包括与所述打印装置的内部导轨梁连接的框架结构,设置于所述框架结构顶端的提升旋转驱动机构,及安装于所述提升旋转驱动机构顶端的提升支架;所述提升支架的一端连接提升平衡装置,所述提升支架的另一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构;
所述高度方向自适应扩展装置、打印装置和标准节提升装置均与动力控制系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于:所述高度方向自适应扩展装置还包括若干伸缩式附着连接件,所述伸缩式附着连接件的一端与支撑主体侧壁连接,其另一端与已施工筒体结构的内壁连接。
3.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于:所述内部导轨梁的纵截面呈C形,竖向设置于所述内部导轨梁内的分隔板将其内腔划分为建筑材料容纳腔及C形的滑道一,所述建筑材料容纳腔的顶端设有注入口,所述建筑材料容纳腔的侧壁设有通孔一,所述外部导轨梁具有C形的滑道二,所述打印头导轨横梁的两端分别设有与所述滑道一和所述滑道二的凹槽相配合的滑块,使得所述打印头导轨横梁的两端能够沿所述滑道一和所述滑道二滑动,所述打印头导轨横梁具有密闭的中空腔室,所述打印头导轨横梁靠近所述内部导轨梁的一端设有与所述通孔一相对应的通孔二。
4.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于:所述内支撑梁和所述外支撑梁均布且交错设置于所述顶升机构的支撑框架上。
5.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于:所述标准节提升装置的框架结构包括均布于所述内部导轨梁上且平行设置的若干竖杆,设置于所述竖杆顶端且首尾相连的若干横杆,及若干安装于相邻两根横杆或竖杆之间的斜杆。
6.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于:所述标准节提升装置的提升支架包括与提升旋转驱动机构活动连接的提升横梁、安装于所述提升横梁上的提升立柱,及分别连接于所述提升横梁端部和所述提升立柱顶部的若干拉接件,所述提升横梁短臂的一端连接提升平衡装置,所述提升横梁长臂的一端连接提升梁径向驱动机构及提升牵引机构。
7.根据权利要求1所述的3D打印装置,其特征在于:设置于所述导轨基座底部的底座与地下基础螺栓连接。
8.筒体结构的3D打印方法,其特征在于,步骤如下:
S101:建造地下基础,将如权利要求1至7任一项所述的用于筒体结构的3D打印装置固定于所述地下基础;
S102:通过动力控制系统向所述3D打印装置发送控制指令,通过导轨横梁驱动制动机构控制打印头导轨横梁围绕圆心在内部导轨梁和外部导轨梁之间的环形平面内转动和制动,通过打印头驱动制动机构控制打印头相对于所述打印头导轨横梁在所述环形平面内作线性运动和制动,通过控制打印头杆使得打印头在垂直方向作伸缩运动,并控制所述打印头在所述环形平面内喷射建筑材料以实现所述筒体结构各截面层的打印施工,待已打印筒体结构的高度超过所述打印头杆的伸缩范围时,启动顶升机构带动所述打印装置向上爬升,自下向上沿高度方向逐层打印所述筒体结构;
S103:当所述已打印筒体结构的高度超过一节基座标准节的高度时,通过所述动力控制系统向标准节提升装置发送控制指令,将吊装的基座标准节安装于导轨基座的顶端,实现所述基座标准节的提升和扩展就位;
S104:启动所述顶升机构,向上顶升直至所述打印头超过所述已打印筒体结构一定高度后并制动,重复步骤S102和步骤S103,如此循环逐层打印所述筒体结构。
9.根据权利要求8所述的3D打印方法,其特征在于:所述步骤S102还包括,待所述已打印筒体结构的高度接近一节所述基座标准节的长度时,安装伸缩式附着连接件,使所述伸缩式附着连接件的两端分别与所述已打印筒体结构及所述基座标准节连接固定。
10.根据权利要求8或9所述的3D打印方法,其特征在于:所述步骤S102还包括,所述动力控制系统发送控制信号,建筑材料通过注入口进入建筑材料容纳腔,经通孔一和通孔二流入所述打印头导轨横梁的中空腔室,并进入所述打印头实施打印。
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