CN107419901A - 建筑工程一体化3d打印建造系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题，本发明提供一种建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法。由于设置了升降装置，在进行深层地基基础的施工时，可以将升降装置安装深层地基基础中，本发明通过升降装置移动深层施工位置，对深层地基基础进行施工，在地基基础完成后，本发明也可以通过升降装置移动至地面上方，对上部结构进行施工，与地基基础一体成型，而从解决了现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法。
背景技术
传统建筑业的机械化和自动化程度较低，其发展迫切需要转型升级。随着3D打印技术的发展并逐渐成熟，该技术将给劳动力密集型的建筑业带来技术革新。建筑3D打印技术具有机械化自动化程度高、一次成型、建筑耗材和工艺损耗少等特点，是实现建筑业转型升级的一种重要手段，是解决建筑高效、安全、数字化、自动化、智能化建造的有效途径，其研究已成为建筑业的发展趋势。
然而，现有多数3D打印装置仅适用于地上建(构)筑物施工，仅有个别3D打印装置适用于浅层地基基础的施工，无法进行深层地基基础的施工，且无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造。因此，研究一种应用于适用于地下深层工程且适用于地上建(构)筑物的一体化3D打印装置及安全建造方法是本领域迫切需要解决的技术难题。
发明内容
为了解决现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题，本发明提供一种建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用方法。
本发明的一种建筑工程一体化3D打印建造系统的技术方案如下：
一种建筑工程一体化3D打印建造系统，包括模块化三轴驱动导向装置、柔性3D打印头、柔性掘进排土装置、以及升降装置；
所述模块化三轴驱动导向装置包括，X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、打印头导轨横梁、以及掘进排土装置导轨横梁；
所述X轴导轨与Y轴导轨两两连接，形成XY平面导架；
所述Z轴导轨上设置Z方向导架驱动制动器，XY平面导架的端点分别与各个Z方向导架驱动制动器连接，XY平面导架沿Z轴导轨方向随Z方向导架驱动制动器运动；
所述Y轴导轨上设置Y方向打印头驱动制动器、以及Y方向掘进排土装置驱动制动器，打印头导轨横梁的两端分别与Y方向打印头驱动制动器连接，打印头导轨横梁沿Y轴导轨方向随Y方向打印头驱动制动器运动，掘进排土装置导轨横梁的两端分别与Y方向掘进排土装置驱动制动器连接，掘进排土装置导轨横梁沿Y轴导轨方向随Y方向掘进排土装置驱动制动器运动；
所述打印头导轨横梁上设置X方向打印头驱动制动器，柔性3D打印头与X方向打印头驱动制动器垂直连接，柔性3D打印头沿X轴导轨方向随X方向打印头驱动制动器运动，打印头导轨横梁的端部设置材料入口；
所述掘进排土装置导轨横梁上设置X方向掘进排土装置驱动制动器，柔性掘进排土装置与X方向掘进排土装置驱动制动器垂直连接，柔性掘进排土装置沿X轴导轨方向随X方向掘进排土装置驱动制动器运动，掘进排土装置导轨横梁的端部设置土及碎石出口；
所述升降装置，包括竖向导轨、以及Z方向模块驱动制动器，Z轴导轨分别与相应的Z方向模块驱动制动器连接，模块化三轴驱动导向装置沿Z轴导轨方向随Z方向模块驱动制动器运动。
本发明的建筑工程一体化3D打印建造系统的有益效果如下：
本发明的一种建筑工程一体化3D打印建造系统，由于设置了升降装置，在进行深层地基基础的施工时，可以将升降装置安装深层地基基础中，本发明通过升降装置移动深层施工位置，对深层地基基础进行施工，在地基基础完成后，本发明也可以通过升降装置移动至地面上方，对上部结构进行施工，与地基基础一体成型，而从解决了现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题。
进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的打印工作更加灵活，所柔性3D打印头包括，打印头稳定支架、打印头水平面旋转驱动、模块化打印头杆、打印头旋转机构、打印头伸缩杆、材料供给系统、以及材料喷头；
所述打印头旋转机构包括，打印头旋转驱动、一端旋转连接于打印头旋转驱动的打印头杆臂、以及一端旋转连接于打印头旋转驱动的打印头伸缩杆臂；
所述打印头伸缩杆包括，打印头伸缩杆杆身、设置于打印头伸缩杆杆身根部的打印头伸缩杆连接件、以及设置于打印头伸缩杆杆身内部的打印头伸缩杆驱动器；
所述材料喷头包括，喷头连接件、喷头支架、喷头材料仓、以及可更换式喷头，喷头材料仓的一端通过喷头支架与喷头连接件的一端连接，喷头材料仓的另一端与可更换式喷头连接；
所述材料供给系统包括，柔性管，以及设置于柔性管两端的柔性管接口；
所述模块化打印头杆的一端与打印头水平面旋转驱动连接，另一端与打印头杆臂连接；
所述打印头水平面旋转驱动通过打印头稳定支架与X方向打印头驱动制动器连接；
所述打印头伸缩杆连接件与打印头伸缩杆臂连接，打印头伸缩杆杆身的端部通过喷头连接件、喷头支架与喷头材料仓连接，打印头伸缩杆杆身内腔与喷头材料仓内腔连通；
所述柔性管接口中的一个与打印头稳定支架连接，另一个柔性管接口与打印头伸缩杆杆身连接，建筑材料从材料入口进入，依次通过相互连通的打印头导轨横梁内腔、打印头稳定支架内腔、柔性管、打印头伸缩杆杆身内腔流入喷头材料仓。
进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的打印工作更加灵活，所述模块化打印头杆包括若干打印头杆标准节，所述打印头杆标准节首尾设置打印头杆标准节连接件，所述若干打印头杆标准节首尾相连形成模块化打印头杆。
进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的挖掘工作更加灵活，所述柔性掘进排土装置包括，掘进排土装置稳定支架、掘进排土装置水平面旋转驱动、模块化掘进排土装置杆、掘进排土装置旋转机构、掘进排土装置伸缩杆、排土通道、以及CNC掘进排土机；
所述掘进排土装置旋转机构包括，掘进排土装置旋转驱动、一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动的掘进排土装置杆臂、以及一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动的掘进排土装置伸缩杆臂；
所述掘进排土装置伸缩杆包括，掘进排土装置伸缩杆杆身、设置于掘进排土装置伸缩杆杆身根部的掘进排土装置伸缩杆连接件、以及设置于掘进排土装置伸缩杆杆身内部的掘进排土装置伸缩杆驱动器；
所述CNC掘进排土机包括，掘进排土机连接件、掘进排土机支架、以及CNC掘进排土机机头，CNC掘进排土机机头通过掘进排土机支架与掘进排土机连接件连接；
所述模块化掘进排土装置杆的一端与掘进排土装置水平面旋转驱动连接，另一端与掘进排土装置杆臂连接；
所述掘进排土装置水平面旋转驱动通过掘进排土装置稳定支架与X方向掘进排土装置驱动制动器连接；
所述掘进排土装置伸缩杆连接件与掘进排土装置伸缩杆臂连接，掘进排土装置伸缩杆杆身的端部通过掘进排土机连接件、掘进排土机支架与CNC掘进排土机机头连接；
所述排土通道依次贯通掘进排土机支架内腔、掘进排土装置伸缩杆杆身内腔、掘进排土装置伸缩杆臂内腔、掘进排土装置杆臂内腔、模块化掘进排土装置杆内腔、掘进排土装置稳定支架内腔、掘进排土装置导轨横梁内腔、土及碎石出口，土及碎石通过排土通道从土及碎石出口排出。
进一步的，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的挖掘工作更加灵活，所述模块化掘进排土装置杆包括若干掘进排土装置杆标准节，所述掘进排土装置杆标准节首尾设置掘进排土装置杆标准节连接件，所述若干掘进排土装置杆标准节首尾相连形成模块化掘进排土装置杆。
本发明的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的技术方案如下：
进一步的，所述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，用于地下工程的施工，包括如下步骤：
第一步，调整CNC掘进排土机机头至竖直方向，对地面逐层铣削掘进开挖，形成第一层围护结构空腔，挖出的土及碎石通过土及碎石出口排出；
第二步，调整可更换式喷头至竖直方向，由下至上逐层向第一层围护结构空腔的侧壁喷射建筑材料，形成第一层围护结构建筑材料层；
第三步，调整CNC掘进排土机机头至竖直方向，对第一层围护结构空腔底部逐层铣削掘进开挖，形成第二层围护结构空腔，调整CNC掘进排土机机头至水平方向，由下至上逐层凿除第二层围护结构空腔的部分侧壁，调整可更换式喷头至水平方向，由下至上逐层向第二层围护结构空腔的部分侧壁喷射建筑材料，形成第二层围护结构部分建筑材料层，继续凿除第二层围护结构空腔的部分侧壁并喷射建筑材料，直至形成第二层围护结构建筑材料层；
第四步，重复第三步，直至开挖深度达到预定深度，调整柔性3D打印头至竖直方向，由最后一层围护结构空腔底部逐层向上喷射建筑材料，形成围护结构；
第五步，调整CNC掘进排土机机头，对围护结构内部土体进行开挖，形成基坑；
第六步，调整可更换式喷头，对基坑内喷射建筑材料，形成地下结构；
第七步，调整可更换式喷头，对地下结构上部喷射建筑材料，形成地上结构。
采用上述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，用于地下工程的施工，在第三步中，第二层围护结构建筑材料层通过柔性3D打印头以及柔性掘进排土装置交替工作逐步形成，这样的施工过程更加稳定，能避免上一层的围护结构建筑材料层因失去支撑而坍塌。同样的方法也在第四步中体现。
进一步的，柔性3D打印头、以及柔性掘进排土装置的移动调整包括如下步骤：
S201，通过动力控制系统控制打印头旋转驱动，实现打印头伸缩杆绕打印头旋转机构的中心转动；
S202，通过动力控制系统控制打印头水平面旋转驱动，实现模块化打印头杆绕打印头水平面旋转驱动中心旋转；
S203，通过动力控制系统控制打印头伸缩杆驱动器，实现打印头伸缩杆的伸缩；
S204，通过动力控制系统控制X方向打印头驱动制动器，实现柔性3D打印头沿X轴方向运动或制动；
S205，通过动力控制系统控制Y方向打印头驱动制动器，实现柔性3D打印头沿Y轴方向运动或制动；
S206，通过动力控制系统控制Z方向导架驱动制动器，实现柔性3D打印头沿Z轴方向运动或制动；
S301，通过动力控制系统控制掘进排土装置旋转驱动，实现掘进排土装置伸缩杆绕掘进排土装置旋转机构的中心转动；
S302，通过动力控制系统控制掘进排土装置水平面旋转驱动，实现模块化掘进排土装置杆绕掘进排土装置水平面旋转驱动中心旋转；
S203，通过动力控制系统控制掘进排土装置伸缩杆驱动器，实现掘进排土装置伸缩杆的伸缩；
S304，通过动力控制系统控制X方向掘进排土装置驱动制动器，实现柔性掘进排土装置沿X轴方向运动或制动；
S305，通过动力控制系统控制Y方向掘进排土装置驱动制动器，实现柔性掘进排土装置沿Y轴方向运动或制动；
S306，通过动力控制系统控制Z方向导架驱动制动器，实现柔性掘进排土装置沿Z轴方向运动或制动；
本发明的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，柔性3D打印头以及柔性掘进排土装置可以在X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨各个方向上灵活的移动，打印头旋转驱动、打印头水平面旋转驱动、打印头伸缩杆驱动器、掘进排土装置旋转驱动、掘进排土装置水平面旋转驱动、掘进排土装置伸缩杆驱动器能实现柔性3D打印头以及柔性掘进排土装置的自由转动，降低了施工的难度，施工的范围也得到进一步的扩展。
进一步的，为了增加柔性3D打印头以及柔性掘进排土装置的施工范围，第四步中，首先根据第N层围护结构空腔的深度增减打印头杆标准节的数量，调整模块化打印头杆的长度；根据第N层围护结构空腔的深度增减掘进排土装置杆标准节的数量，调整模块化掘进排土装置杆的长度。
进一步的，为了满足深层基坑的施工要求，第五步中，基坑开挖一定深度后，将竖向导轨固定设置于基坑内壁，模块化三轴驱动导向装置沿竖向导轨随Z方向模块驱动制动器运动至基坑底部，调整CNC掘进排土机机头，继续开挖基坑，重复第五步，直至基坑开挖完成。
附图说明
图1是本发明的一种建筑工程一体化3D打印建造系统的示意图；
图2是本发明的一种建筑工程一体化3D打印建造系统的柔性3D打印头的示意图；
图3是本发明的一种建筑工程一体化3D打印建造系统的柔性掘进排土装置的示意图；
图4是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤一的示意图；
图5是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤二的示意图；
图6是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤三的示意图1；
图7是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤三的示意图2；
图8是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤四的示意图；
图9是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤五的示意图1；
图10是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤五的示意图2；
图11是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤六的示意图；
图12是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤七的示意图；
图13是本发明的一种用于地下工程施工的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的步骤三的第二层围护结构空腔俯视截面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对发明的建筑工程一体化3D打印建造系统及其使用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：
参考图1，本实施例的一种建筑工程一体化3D打印建造系统，包括模块化三轴驱动导向装置100、柔性3D打印头200、柔性掘进排土装置300、以及升降装置400；
所述模块化三轴驱动导向装置100包括，X轴导轨170、Y轴导轨180、Z轴导轨190、打印头导轨横梁210、以及掘进排土装置导轨横梁310；
所述X轴导轨170与Y轴导轨180两两连接，形成XY平面导架；
所述Z轴导轨190上设置Z方向导架驱动制动器110，XY平面导架的端点分别与各个Z方向导架驱动制动器110连接，XY平面导架沿Z轴导轨190方向随Z方向导架驱动制动器110运动；
所述Y轴导轨180上设置Y方向打印头驱动制动器120、以及Y方向掘进排土装置驱动制动器130，打印头导轨横梁210的两端分别与Y方向打印头驱动制动器120连接，打印头导轨横梁210沿Y轴导轨180方向随Y方向打印头驱动制动器120运动，掘进排土装置导轨横梁310的两端分别与Y方向掘进排土装置驱动制动器130连接，掘进排土装置导轨横梁310沿Y轴导轨180方向随Y方向掘进排土装置驱动制动器130运动；
所述打印头导轨横梁210上设置X方向打印头驱动制动器222，柔性3D打印头200与X方向打印头驱动制动器222垂直连接，柔性3D打印头200沿X轴导轨170方向随X方向打印头驱动制动器222运动，打印头导轨横梁210的端部设置材料入口500；
所述掘进排土装置导轨横梁310上设置X方向掘进排土装置驱动制动器322，柔性掘进排土装置300与X方向掘进排土装置驱动制动器322垂直连接，柔性掘进排土装置300沿X轴导轨170方向随X方向掘进排土装置驱动制动器322运动，掘进排土装置导轨横梁310的端部设置土及碎石出口600；
所述升降装置400，包括竖向导轨410、以及Z方向模块驱动制动器420，Z轴导轨190分别与相应的Z方向模块驱动制动器420连接，模块化三轴驱动导向装置100沿Z轴导轨190方向随Z方向模块驱动制动器420运动。
本实施例的建筑工程一体化3D打印建造系统的有益效果如下：
本实施例的一种建筑工程一体化3D打印建造系统，由于设置了升降装置400，在进行深层地基基础的施工时，可以将升降装置400安装深层地基基础中，本实施例通过升降装置400移动深层施工位置，对深层地基基础进行施工，在地基基础完成后，本实施例也可以通过升降装置400移动至地面上方，对上部结构进行施工，与地基基础一体成型，而从解决了现有3D打印装置无法进行深层地基基础的施工、以及无法实现地基基础和上部结构一体化打印建造的问题。
参考图2，作为较佳的实施方式，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的打印工作更加灵活，所柔性3D打印头200包括，打印头稳定支架221、打印头水平面旋转驱动223、模块化打印头杆230、打印头旋转机构240、打印头伸缩杆250、材料供给系统260、以及材料喷头270；
所述打印头旋转机构240包括，打印头旋转驱动242、一端旋转连接于打印头旋转驱动242的打印头杆臂241、以及一端旋转连接于打印头旋转驱动242的打印头伸缩杆臂243；
所述打印头伸缩杆250包括，打印头伸缩杆杆身252、设置于打印头伸缩杆杆身252根部的打印头伸缩杆连接件251、以及设置于打印头伸缩杆杆身252内部的打印头伸缩杆驱动器253；
所述材料喷头270包括，喷头连接件271、喷头支架272、喷头材料仓273、以及可更换式喷头274，喷头材料仓273的一端通过喷头支架272与喷头连接件271的一端连接，喷头材料仓273的另一端与可更换式喷头274连接；
所述材料供给系统260包括，柔性管262，以及设置于柔性管262两端的柔性管接口261；
所述模块化打印头杆230的一端与打印头水平面旋转驱动223连接，另一端与打印头杆臂241连接；
所述打印头水平面旋转驱动223通过打印头稳定支架221与X方向打印头驱动制动器222连接；
所述打印头伸缩杆连接件251与打印头伸缩杆臂243连接，打印头伸缩杆杆身252的端部通过喷头连接件271、喷头支架272与喷头材料仓273连接，打印头伸缩杆杆身252内腔与喷头材料仓273内腔连通；
所述柔性管接口261中的一个与打印头稳定支架221连接，另一个柔性管接口261与打印头伸缩杆杆身252连接，建筑材料从材料入口500进入，依次通过相互连通的打印头导轨横梁210内腔、打印头稳定支架221内腔、柔性管262、打印头伸缩杆杆身252内腔流入喷头材料仓273。
参考图2，作为较佳的实施方式，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的打印工作更加灵活，所述模块化打印头杆230包括若干打印头杆标准节232，所述打印头杆标准节232首尾设置打印头杆标准节连接件231，所述若干打印头杆标准节232首尾相连形成模块化打印头杆230。
参考图3，作为较佳的实施方式，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的挖掘工作更加灵活，所述柔性掘进排土装置300包括，掘进排土装置稳定支架321、掘进排土装置水平面旋转驱动323、模块化掘进排土装置杆330、掘进排土装置旋转机构340、掘进排土装置伸缩杆350、排土通道360、以及CNC掘进排土机370；
所述掘进排土装置旋转机构340包括，掘进排土装置旋转驱动342、一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动342的掘进排土装置杆臂341、以及一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动342的掘进排土装置伸缩杆臂343；
所述掘进排土装置伸缩杆350包括，掘进排土装置伸缩杆杆身352、设置于掘进排土装置伸缩杆杆身352根部的掘进排土装置伸缩杆连接件351、以及设置于掘进排土装置伸缩杆杆身352内部的掘进排土装置伸缩杆驱动器353；
所述CNC掘进排土机370包括，掘进排土机连接件371、掘进排土机支架372、以及CNC掘进排土机机头374，CNC掘进排土机机头374通过掘进排土机支架372与掘进排土机连接件371连接；
所述模块化掘进排土装置杆330的一端与掘进排土装置水平面旋转驱动323连接，另一端与掘进排土装置杆臂341连接；
所述掘进排土装置水平面旋转驱动323通过掘进排土装置稳定支架321与X方向掘进排土装置驱动制动器322连接；
所述掘进排土装置伸缩杆连接件351与掘进排土装置伸缩杆臂343连接，掘进排土装置伸缩杆杆身352的端部通过掘进排土机连接件371、掘进排土机支架372与CNC掘进排土机机头374连接；
所述排土通道360依次贯通掘进排土机支架372内腔、掘进排土装置伸缩杆杆身352内腔、掘进排土装置伸缩杆臂343内腔、掘进排土装置杆臂341内腔、模块化掘进排土装置杆330内腔、掘进排土装置稳定支架321内腔、掘进排土装置导轨横梁310内腔、土及碎石出口600，土及碎石通过排土通道360从土及碎石出口600排出。
参考图3，作为较佳的实施方式，为了使建筑工程一体化3D打印建造系统的挖掘工作更加灵活，所述模块化掘进排土装置杆330包括若干掘进排土装置杆标准节332，所述掘进排土装置杆标准节332首尾设置掘进排土装置杆标准节连接件331，所述若干掘进排土装置杆标准节332首尾相连形成模块化掘进排土装置杆330。
实施例2：
本实施例的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法的技术方案如下：
一种建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，用于地下工程的施工，包括如下步骤：
参考图4，第一步，调整CNC掘进排土机机头374至竖直方向，对地面逐层铣削掘进开挖，形成第一层围护结构空腔911，挖出的土及碎石通过土及碎石出口600排出；
参考图5，第二步，调整可更换式喷头274至竖直方向，由下至上逐层向第一层围护结构空腔911的侧壁喷射建筑材料，形成第一层围护结构建筑材料层912；
参考图6、图7、图13，第三步，调整CNC掘进排土机机头374至竖直方向，对第一层围护结构空腔911底部逐层铣削掘进开挖，形成第二层围护结构空腔921，调整CNC掘进排土机机头374至水平方向，由下至上逐层凿除第二层围护结构空腔921的部分侧壁，调整可更换式喷头274至水平方向，由下至上逐层向第二层围护结构空腔921的部分侧壁喷射建筑材料，形成第二层围护结构部分建筑材料层，继续凿除第二层围护结构空腔921的部分侧壁并喷射建筑材料，直至形成第二层围护结构建筑材料层922；
参考图8，第四步，重复第三步，直至开挖深度达到预定深度，调整柔性3D打印头200至竖直方向，由最后一层围护结构空腔底部逐层向上喷射建筑材料，形成围护结构900；
参考图9，第五步，调整CNC掘进排土机机头374，对围护结构900内部土体进行开挖，形成基坑800；
参考图11，第六步，调整可更换式喷头274，对基坑800内喷射建筑材料，形成地下结构700；
参考图12，第七步，调整可更换式喷头274，对地下结构700上部喷射建筑材料，形成地上结构701。
采用上述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，用于地下工程的施工，在第三步中，第二层围护结构建筑材料层922通过柔性3D打印头200以及柔性掘进排土装置300交替工作逐步形成，这样的施工过程更加稳定，能避免上一层的围护结构建筑材料层因失去支撑而坍塌。同样的方法也在第四步中体现。
作为较佳的实施方式，柔性3D打印头200、以及柔性掘进排土装置300移动调整的步骤为：
S201，通过动力控制系统控制打印头旋转驱动242，实现打印头伸缩杆250绕打印头旋转机构240的中心转动；
S202，通过动力控制系统控制打印头水平面旋转驱动223，实现模块化打印头杆230绕打印头水平面旋转驱动223中心旋转；
S203，通过动力控制系统控制打印头伸缩杆驱动器253，实现打印头伸缩杆250的伸缩；
S204，通过动力控制系统控制X方向打印头驱动制动器222，实现柔性3D打印头200沿X轴方向运动或制动；
S205，通过动力控制系统控制Y方向打印头驱动制动器120，实现柔性3D打印头200沿Y轴方向运动或制动；
S206，通过动力控制系统控制Z方向导架驱动制动器110，实现柔性3D打印头200沿Z轴方向运动或制动；
S301，通过动力控制系统控制掘进排土装置旋转驱动342，实现掘进排土装置伸缩杆350绕掘进排土装置旋转机构340的中心转动；
S302，通过动力控制系统控制掘进排土装置水平面旋转驱动323，实现模块化掘进排土装置杆330绕掘进排土装置水平面旋转驱动323中心旋转；
S203，通过动力控制系统控制掘进排土装置伸缩杆驱动器353，实现掘进排土装置伸缩杆350的伸缩；
S304，通过动力控制系统控制X方向掘进排土装置驱动制动器322，实现柔性掘进排土装置300沿X轴方向运动或制动；
S305，通过动力控制系统控制Y方向掘进排土装置驱动制动器130，实现柔性掘进排土装置300沿Y轴方向运动或制动；
S306，通过动力控制系统控制Z方向导架驱动制动器110，实现柔性掘进排土装置300沿Z轴方向运动或制动；
本实施例的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，柔性3D打印头200以及柔性掘进排土装置300可以在X轴导轨170、Y轴导轨180、Z轴导轨190各个方向上灵活的移动，打印头旋转驱动242、打印头水平面旋转驱动223、打印头伸缩杆驱动器253、掘进排土装置旋转驱动342、掘进排土装置水平面旋转驱动323、掘进排土装置伸缩杆驱动器353能实现柔性3D打印头200以及柔性掘进排土装置300的自由转动，降低了施工的难度，施工的范围也得到进一步的扩展。
作为较佳的实施方式，为了增加柔性3D打印头200以及柔性掘进排土装置300的施工范围，第四步中，首先根据第N层围护结构空腔的深度增减打印头杆标准节232的数量，调整模块化打印头杆230的长度；根据第N层围护结构空腔的深度增减掘进排土装置杆标准节332的数量，调整模块化掘进排土装置杆330的长度。
参考图10，作为较佳的实施方式，为了满足深层基坑的施工要求，在基坑深度大于5m时，第五步中，基坑800开挖一定深度后，将竖向导轨410固定设置于基坑800内壁，模块化三轴驱动导向装置100沿竖向导轨410随Z方向模块驱动制动器420运动至基坑800底部，调整CNC掘进排土机机头374，继续开挖基坑800，重复第五步，直至基坑800开挖完成。
Claims (9)
1.一种建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，包括模块化三轴驱动导向装置(100)、柔性3D打印头(200)、柔性掘进排土装置(300)、以及升降装置(400)；
所述模块化三轴驱动导向装置(100)包括，X轴导轨(170)、Y轴导轨(180)、Z轴导轨(190)、打印头导轨横梁(210)、以及掘进排土装置导轨横梁(310)；所述X轴导轨(170)与Y轴导轨(180)两两连接，形成XY平面导架；所述Z轴导轨(190)上设置Z方向导架驱动制动器(110)，XY平面导架的端点分别与各个Z方向导架驱动制动器(110)连接，XY平面导架沿Z轴导轨(190)方向随Z方向导架驱动制动器(110)运动；
所述Y轴导轨(180)上设置Y方向打印头驱动制动器(120)、以及Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)，打印头导轨横梁(210)的两端分别与Y方向打印头驱动制动器(120)连接，打印头导轨横梁(210)沿Y轴导轨(180)方向随Y方向打印头驱动制动器(120)运动，掘进排土装置导轨横梁(310)的两端分别与Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)连接，掘进排土装置导轨横梁(310)沿Y轴导轨(180)方向随Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)运动；
所述打印头导轨横梁(210)上设置X方向打印头驱动制动器(222)，柔性3D打印头(200)与X方向打印头驱动制动器(222)垂直连接，柔性3D打印头(200)沿X轴导轨(170)方向随X方向打印头驱动制动器(222)运动，打印头导轨横梁(210)的端部设置材料入口(500)；
所述掘进排土装置导轨横梁(310)上设置X方向掘进排土装置驱动制动器(322)，柔性掘进排土装置(300)与X方向掘进排土装置驱动制动器(322)垂直连接，柔性掘进排土装置(300)沿X轴导轨(170)方向随X方向掘进排土装置驱动制动器(322)运动，掘进排土装置导轨横梁(310)的端部设置土及碎石出口(600)；
所述升降装置(400)，包括竖向导轨(410)、以及Z方向模块驱动制动器(420)，Z轴导轨(190)分别与相应的Z方向模块驱动制动器(420)连接，模块化三轴驱动导向装置(100)沿Z轴导轨(190)方向随Z方向模块驱动制动器(420)运动。
2.如权利要求1所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述柔性3D打印头(200)包括，打印头稳定支架(221)、打印头水平面旋转驱动(223)、模块化打印头杆(230)、打印头旋转机构(240)、打印头伸缩杆(250)、材料供给系统(260)、以及材料喷头(270)；
所述打印头旋转机构(240)包括，打印头旋转驱动(242)、一端旋转连接于打印头旋转驱动(242)的打印头杆臂(241)、以及一端旋转连接于打印头旋转驱动(242)的打印头伸缩杆臂(243)；
所述打印头伸缩杆(250)包括，打印头伸缩杆杆身(252)、设置于打印头伸缩杆杆身(252)根部的打印头伸缩杆连接件(251)、以及设置于打印头伸缩杆杆身(252)内部的打印头伸缩杆驱动器(253)；
所述材料喷头(270)包括，喷头连接件(271)、喷头支架(272)、喷头材料仓(273)、以及可更换式喷头(274)，喷头材料仓(273)的一端通过喷头支架(272)与喷头连接件(271)的一端连接，喷头材料仓(273)的另一端与可更换式喷头(274)连接；
所述材料供给系统(260)包括，柔性管(262)，以及设置于柔性管(262)两端的柔性管接口(261)；
所述模块化打印头杆(230)的一端与打印头水平面旋转驱动(223)连接，另一端与打印头杆臂(241)连接；
所述打印头水平面旋转驱动(223)通过打印头稳定支架(221)与X方向打印头驱动制动器(222)连接；
所述打印头伸缩杆连接件(251)与打印头伸缩杆臂(243)连接，打印头伸缩杆杆身(252)的端部通过喷头连接件(271)、喷头支架(272)与喷头材料仓(273)连接，打印头伸缩杆杆身(252)内腔与喷头材料仓(273)内腔连通；
所述柔性管接口(261)中的一个与打印头稳定支架(221)连接，另一个柔性管接口(261)与打印头伸缩杆杆身(252)连接，建筑材料从材料入口(500)进入，依次通过相互连通的打印头导轨横梁(210)内腔、打印头稳定支架(221)内腔、柔性管(262)、打印头伸缩杆杆身(252)内腔流入喷头材料仓(273)。
3.如权利要求2所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述模块化打印头杆(230)包括若干打印头杆标准节(232)，所述打印头杆标准节(232)首尾设置打印头杆标准节连接件(231)，所述若干打印头杆标准节(232)首尾相连形成模块化打印头杆(230)。
4.如权利要求3所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述柔性掘进排土装置(300)包括，掘进排土装置稳定支架(321)、掘进排土装置水平面旋转驱动(323)、模块化掘进排土装置杆(330)、掘进排土装置旋转机构(340)、掘进排土装置伸缩杆(350)、排土通道(360)、以及CNC掘进排土机(370)；
所述掘进排土装置旋转机构(340)包括，掘进排土装置旋转驱动(342)、一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动(342)的掘进排土装置杆臂(341)、以及一端旋转连接于掘进排土装置旋转驱动(342)的掘进排土装置伸缩杆臂(343)；
所述掘进排土装置伸缩杆(350)包括，掘进排土装置伸缩杆杆身(352)、设置于掘进排土装置伸缩杆杆身(352)根部的掘进排土装置伸缩杆连接件(351)、以及设置于掘进排土装置伸缩杆杆身(352)内部的掘进排土装置伸缩杆驱动器(353)；
所述CNC掘进排土机(370)包括，掘进排土机连接件(371)、掘进排土机支架(372)、以及CNC掘进排土机机头(374)，CNC掘进排土机机头(374)通过掘进排土机支架(372)与掘进排土机连接件(371)连接；
所述模块化掘进排土装置杆(330)的一端与掘进排土装置水平面旋转驱动(323)连接，另一端与掘进排土装置杆臂(341)连接；
所述掘进排土装置水平面旋转驱动(323)通过掘进排土装置稳定支架(321)与X方向掘进排土装置驱动制动器(322)连接；
所述掘进排土装置伸缩杆连接件(351)与掘进排土装置伸缩杆臂(343)连接，掘进排土装置伸缩杆杆身(352)的端部通过掘进排土机连接件(371)、掘进排土机支架(372)与CNC掘进排土机机头(374)连接；
所述排土通道(360)依次贯通掘进排土机支架(372)内腔、掘进排土装置伸缩杆杆身(352)内腔、掘进排土装置伸缩杆臂(343)内腔、掘进排土装置杆臂(341)内腔、模块化掘进排土装置杆(330)内腔、掘进排土装置稳定支架(321)内腔、掘进排土装置导轨横梁(310)内腔、土及碎石出口(600)，土及碎石通过排土通道(360)从土及碎石出口(600)排出。
5.如权利要求4所述的建筑工程一体化3D打印建造系统，其特征在于，所述模块化掘进排土装置杆(330)包括若干掘进排土装置杆标准节(332)，所述掘进排土装置杆标准节(332)首尾设置掘进排土装置杆标准节连接件(331)，所述若干掘进排土装置杆标准节(332)首尾相连形成模块化掘进排土装置杆(330)。
6.一种如权利要求1-5中任意的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，用于地下工程的施工，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，调整CNC掘进排土机机头(374)至竖直方向，对地面逐层铣削掘进开挖，形成第一层围护结构空腔(911)，挖出的土及碎石通过土及碎石出口(600)排出；
第二步，调整可更换式喷头(274)至竖直方向，由下至上逐层向第一层围护结构空腔(911)的侧壁喷射建筑材料，形成第一层围护结构建筑材料层(912)；
第三步，调整CNC掘进排土机机头(374)至竖直方向，对第一层围护结构空腔(911)底部逐层铣削掘进开挖，形成第二层围护结构空腔(921)，调整CNC掘进排土机机头(374)至水平方向，由下至上逐层凿除第二层围护结构空腔(921)的部分侧壁，调整可更换式喷头(274)至水平方向，由下至上逐层向第二层围护结构空腔(921)的部分侧壁喷射建筑材料，形成第二层围护结构部分建筑材料层，继续凿除第二层围护结构空腔(921)的部分侧壁并喷射建筑材料，直至形成第二层围护结构建筑材料层(922)；
第四步，重复第三步，直至开挖深度达到预定深度，调整柔性3D打印头(200)至竖直方向，由最后一层围护结构空腔底部逐层向上喷射建筑材料，形成围护结构(900)；
第五步，调整CNC掘进排土机机头(374)，对围护结构(900)内部土体进行开挖，形成基坑(800)；
第六步，调整可更换式喷头(274)，对基坑(800)内喷射建筑材料，形成地下结构(700)；
第七步，调整可更换式喷头(274)，对地下结构(700)上部喷射建筑材料，形成地上结构(701)。
7.如权利要求6所述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，其特征在于，所述柔性3D打印头(200)、以及柔性掘进排土装置(300)的移动调整通过以下步骤进行：
S201，通过动力控制系统控制打印头旋转驱动(242)，实现打印头伸缩杆(250)绕打印头旋转机构(240)的中心转动；
S202，通过动力控制系统控制打印头水平面旋转驱动(223)，实现模块化打印头杆(230)绕打印头水平面旋转驱动(223)中心旋转；
S203，通过动力控制系统控制打印头伸缩杆驱动器(253)，实现打印头伸缩杆(250)的伸缩；
S204，通过动力控制系统控制X方向打印头驱动制动器(222)，实现柔性3D打印头(200)沿X轴方向运动或制动；
S205，通过动力控制系统控制Y方向打印头驱动制动器(120)，实现柔性3D打印头(200)沿Y轴方向运动或制动；
S206，通过动力控制系统控制Z方向导架驱动制动器(110)，实现柔性3D打印头(200)沿Z轴方向运动或制动；
S301，通过动力控制系统控制掘进排土装置旋转驱动(342)，实现掘进排土装置伸缩杆(350)绕掘进排土装置旋转机构(340)的中心转动；
S302，通过动力控制系统控制掘进排土装置水平面旋转驱动(323)，实现模块化掘进排土装置杆(330)绕掘进排土装置水平面旋转驱动(323)中心旋转；
S303，通过动力控制系统控制掘进排土装置伸缩杆驱动器(353)，实现掘进排土装置伸缩杆(350)的伸缩；
S304，通过动力控制系统控制X方向掘进排土装置驱动制动器(322)，实现柔性掘进排土装置(300)沿X轴方向运动或制动；
S305，通过动力控制系统控制Y方向掘进排土装置驱动制动器(130)，实现柔性掘进排土装置(300)沿Y轴方向运动或制动；
S306，通过动力控制系统控制Z方向导架驱动制动器(110)，实现柔性掘进排土装置(300)沿Z轴方向运动或制动。
8.如权利要求6所述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，其特征在于，第四步中，首先根据第N层围护结构空腔的深度增减打印头杆标准节(232)的数量，调整模块化打印头杆(230)的长度；根据第N层围护结构空腔的深度增减掘进排土装置杆标准节(332)的数量，调整模块化掘进排土装置杆(330)的长度。
9.如权利要求6所述的建筑工程一体化3D打印建造系统的使用方法，其特征在于，第五步中，基坑(800)开挖一定深度后，将竖向导轨(410)固定设置于基坑(800)内壁，模块化三轴驱动导向装置(100)沿竖向导轨(410)随Z方向模块驱动制动器(420)运动至基坑(800)底部，调整CNC掘进排土机机头(374)，继续开挖基坑(800)，重复第五步，直至基坑(800)开挖完成。
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