CN107829559B - 老龄化建筑拆除改造施工的3d打印装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置及方法，本发明通过模块化驱动导向扩展装置，与模块化驱动导向扩展装置连接的柱坐标3D打印装置等，能够解决现有拆除改建施工方法的机械化和自动化程度不高、对周围环境存在一定的扰动影响、拆除施工风险高以及拆除废弃物不可回收等问题，以实现老龄化建筑的自动化安全环保拆除改造。

Description

老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置及方法
技术领域
本发明涉及一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置及方法。
背景技术
随着城市现代化建设进程的日益推进，大量老龄化建筑将面临拆除改造。拆除物的结构从砖木结构发展到混合、框架和板式结构等，从房屋拆除发展到烟囱、水塔、桥梁、码头等建(构)筑物的拆除，拆除施工的难度逐渐增大、环境日趋复杂。
目前拆除施工常用的方法有人工拆除、机械拆除、爆破拆除、静力拆除等。概括而言，各种拆除施工方法存在以下局限性：(1)拆除施工的机械化和自动化程度不高；(2)拆除施工对周围环境存在一定的扰动影响；(3)拆除施工均具有较高的风险；(4)拆除产生大量废弃物，不可回收，造成资源浪费、环境污染等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置及方法，能够解决现有拆除改建施工方法的机械化和自动化程度不高、对周围环境存在一定的扰动影响、拆除施工风险高以及拆除废弃物不可回收等问题。
为解决上述问题，本发明提供一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，包括模块化驱动导向扩展装置200，与模块化驱动导向扩展装置200连接的柱坐标3D打印装置300，其中，
所述模块化驱动导向扩展装置200包括：与老龄化建筑100外墙连接的4根两两平行的模块化导轨210，设置在所述模块化导轨210外侧的高度方向顶升驱动制动220，所述高度方向顶升驱动制动220在模块化导轨210外壁沿着高度方向滑动制动，老龄化建筑100外壁按一定高度设置与其垂直的4个伸缩式附着连接件230；
所述柱坐标3D打印装置300包括：与所述高度方向顶升驱动制动220的4个外角壁连接的4根内部环形导轨支撑梁310，与所述4根内部环形导轨支撑梁310另一端连接的内部环形导轨梁320，与所述高度方向顶升驱动制动220的4个外壁连接的4根外部环形导轨支撑梁330，所述4根外部环形导轨支撑梁330下部与所述内部环形导轨梁320上表面连接，与所述4根外部环形导轨支撑梁330另一端下部连接的外部环形导轨梁340，在所述内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340之间设置有打印头导轨横梁350，所述内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340同圆心，所述打印头导轨横梁350反向延长线过圆心，所述打印头导轨横梁350的两端设置导轨横梁驱动制动380，用于使所述打印头导轨横梁350绕圆心在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340所在平面内转动和制动，打印头横梁350下表面设置垂直于且与其连接的打印头370，所述打印头370与打印头杆连接，打印头370顶端与打印头横梁350连接处设置打印头驱动制动360，用于使打印头370相对于打印头横梁350在外部环形导轨梁340平面内作线性运动并可制动，且用于使打印头370沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动，所述打印头370以柱坐标系形式定位。
进一步的，在上述装置中，所述柱坐标系为(r、z)，r为打印头370在外部环形导轨梁340平面内投影点到其圆心的距离，为打印头导轨横梁350与坐标轴的夹角，z表示打印头离外部环形导轨梁340所在平面的距离。
进一步的，在上述装置中，还包括与所述柱坐标3D打印装置300连接的多功能提升装置600，所述多功能提升装置600包括：
与所述内部环形导轨梁320上方连接的提升支撑机构610，所述提升支撑机构610包括4根两两平行的竖向支撑、与竖向支撑垂直连接的4根两两平行首尾相连的水平支撑，所述提升支撑机构610的2根水平支撑中部上方连接有提升旋转驱动620，与所述提升旋转驱动620上表面相连的伸缩式提升横梁630，伸缩式提升横梁630包括短臂和长臂，在伸缩式提升横梁630上方连接的提升立柱640，所述提升立柱640有一交点，与所述提升立柱640的交点和伸缩式提升横梁630上部相连的提升拉接件650，设置于所述伸缩式提升横梁630的短臂的提升平衡机构660，设置于所述伸缩式提升横梁630的长臂的提升梁径向驱动机构670，与所述提升梁径向驱动机构670相连的提升牵引机构680。
进一步的，在上述装置中，所述提升旋转驱动620，用于驱动所述伸缩式提升横梁630的360度转动；
所述提升梁径向驱动机构670，用于驱动所述提升牵引机构680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；
所述提升横梁伸缩驱动690，用于驱动所述伸缩式提升横梁630沿着径向作伸缩运动。
进一步的，在上述装置中，还包括与多功能提升装置600相连的混凝土结构拆除回收装置700，所述混凝土结构拆除回收装置700包括：
内嵌在所述提升支撑机构610的两根互相平行的水平支撑之间的水平导轨横梁710，所述水平导轨横梁710两端设置有水平导轨横梁驱动制动720，与所述水平导轨横梁710垂直连接的高压水流拆除回收机构740，在所述水平导轨横梁710和高压水流拆除回收机构740上设置的内部驱动制定730，与所述高压水流拆除回收机构740的底部连接的竖向驱动制动750，与高压水流拆除回收机构740连接的混凝土分离机构760。
进一步的，在上述装置中，所述水平导轨横梁驱动制动720，用于驱动所述嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动；
所述内部驱动制定730，用于驱动高压水流拆除回收机构740沿着水平导轨横梁710作水平直线运动；
所述竖向驱动制动750，用于高压水流拆除回收机构740作竖向伸缩运动；
所述高压水流拆除回收机构740，用于将老龄化建筑100的混凝土结构拆除回收；
所述混凝土分离机构760，用于所述混凝土结构拆除回收的拆除物的分离和包装。
进一步的，在上述装置中，还包括与多功能提升装置600相连的内部打印装置800，所述内部打印装置800包括：
与新建建筑500内壁相连的4根两两平行的内部打印竖向导轨810，与竖向驱动制动750相连的内部打印头820，与所述多功能提升装置600连接的内部打印驱动制动830，所述内部打印驱动制动830，用于驱动多功能提升装置600沿着内部打印竖向导轨810作竖向直线运动，所述水平导轨横梁驱动制动720，用于驱动所嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610的两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，所述内部驱动制定730，用于驱动内部打印头820沿着水平导轨横梁710作水平直线运动，所述竖向驱动制动750，用于驱动内部打印头820作竖向伸缩运动。
根据本发明的另一面，提供一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印方法，用上述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，，所述方法包括：
将模块化驱动导向扩展装置200的模块化导轨210与既有老龄化建筑100外壁连接固定；
通过动力控制系统向柱坐标3D打印装置300发送控制指令，通过导轨横梁驱动制动380控制打印头导轨横梁350绕圆心在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340所在平面内转动和制动，通过打印头驱动制动360控制打印头370相对于打印头横梁350在外部环形导轨梁340平面内作线性运动和制动以及沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动，通过控制打印头370在水平面内喷射建筑材料400实现新建建筑500外部结构的层层打印施工；
待已打印新建建筑500高度超过打印头370的伸缩范围，通过启动高度方向顶升驱动制动220使打印头导轨横梁350在高度方向的移动，使新建建筑500外部结构继续自下向上逐层沿高度方向打印，待已打印新建建筑500高度接近模块化导轨210的长度，将伸缩式附着连接件230与已打印新建建筑500的预埋件连接固定。
进一步的，在上述方法中，所述方法还包括：
若已打印新建建筑500高度超过模块化导轨210的长度，通过动力控制系统向多功能提升装置600发送控制指令，控制提升旋转驱动620使伸缩式提升横梁630的360度转动，控制提升梁径向驱动机构670使提升牵引机构680沿伸缩式提升横梁630的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动，使模块化导轨210的提升和扩展就位；启动高度方向顶升驱动制动220，向上顶升直至打印头370超过已打印新建建筑500一定高度后并制动，继续打印施工，待已打印新建建筑500高度接近模块化导轨210扩展后的长度，调节伸缩式附着连接件230的长度使其与已打印新建建筑500的预埋件连接固定，如此循环逐步向上顶升打印，使柱坐标3D打印装置300整体向上顶升并逐层打印，完成所述新建建筑500外部结构的打印建造。
进一步的，在上述方法中，完成所述新建建筑500外部结构的打印建造之后，还包括：
拆除柱坐标3D打印装置300的外部环形导轨支撑梁330、外部环形导轨梁340、打印头导轨横梁350、打印头驱动制动360、打印头370、导轨横梁驱动制动380；
通过动力控制系统向多功能提升装置600发送控制指令，控制提升横梁伸缩驱动690驱动伸缩式提升横梁630沿着径向作伸缩运动，直至伸缩式提升横梁630在新建建筑500外部结构以内范围作业；
通过动力控制系统向混凝土结构拆除回收装置700发送控制指令，控制竖向驱动制动750驱动高压水流拆除回收机构740作竖向伸缩运动，直至其下表面接近既有老龄化建筑100，控制水平导轨横梁驱动制动720驱动嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，控制内部驱动制定730驱动高压水流拆除回收机构740沿着水平导轨横梁710作水平直线运动，通过高压水流拆除回收机构740完成老龄化建筑100的混凝土结构拆除回收；
待已拆除既有老龄化建筑100超过高压水流拆除回收机构740伸缩范围，启动高度方向顶升驱动制动220，向下顶升直至已拆除既有老龄化建筑100在高压水流拆除回收机构740作业范围后并制动，继续拆除施工，待拆除一定高度老龄化建筑后拆除伸缩式附着连接件230，同时通过动力控制系统向多功能提升装置600发送控制指令，控制提升旋转驱动620驱动伸缩式提升横梁630的360度转动，控制提升梁径向驱动机构670驱动提升牵引机构680沿伸缩式提升横梁630的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动，完成已拆除既有老龄化建筑100钢材的吊装回收，并通过混凝土分离机构760完成拆除物的分离和包装。
进一步的，在上述方法中，通过混凝土分离机构760完成拆除物的分离和包装之后，还包括：
将内部打印竖向导轨800的内部打印竖向导轨810与既有老龄化建筑100内壁连接固定，并将混凝土结构拆除回收装置700装置的高压水流拆除回收机构740置换为820内部打印头，通过动力控制系统向混凝土结构拆除回收装置700发送控制指令，控制水平导轨横梁驱动制动720驱动嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，控制内部驱动制定730驱动内部打印头作820沿着水平导轨横梁710作水平直线运动，控制竖向驱动制动750驱动内部打印头作820竖向伸缩运动，通过控制打印头作820在水平面内喷射建筑材料400完成新建建筑500内部结构的层层打印施工；
待已打印新建建筑500内部结构高度超过内部打印头820的伸缩范围，通过启动内部打印驱动制动830驱动水平导轨横梁710在高度方向的移动，完成新建建筑500内部结构继续自下向上逐层沿高度方向打印。
与现有技术相比，本发明通过模块化驱动导向扩展装置200，与模块化驱动导向扩展装置200连接的柱坐标3D打印装置300等，能够解决现有拆除改建施工方法的机械化和自动化程度不高、对周围环境存在一定的扰动影响、拆除施工风险高以及拆除废弃物不可回收等问题，以实现老龄化建筑的自动化安全环保拆除改造。
附图说明
图1是本发明实施例老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置三维示意图；
图2本发明实施例老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置俯视剖面示意图；
图3本发明实施例老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置侧视剖面示意图；
图4本发明实施例内部环形导轨梁320剖面示意图；
图5本发明实施例新建建筑500的外墙打印建造示意图；
图6本发明实施例老龄化建筑100顶部拆除施工示意图；
图7本发明实施例老龄化建筑100底部拆除施工示意图；
图8本发明实施例新建建筑500内部结构打印施工示意图；
其中，100-既有老龄化建筑，200-模块化驱动导向扩展装置，
210-模块化导轨，220-高度方向顶升驱动制动，230-伸缩式附着连接件，
300-柱坐标3D打印装置，310-内部环形导轨支撑梁；320内部环形导轨梁；330-外部环形导轨支撑梁；340-外部环形导轨梁；350-打印头导轨横梁；360-打印头驱动制动；370-打印头；380-导轨横梁驱动制动。
400-建筑材料，500-新建建筑，
600-多功能提升装置，610-提升支撑机构，620-提升旋转驱动，630-伸缩式提升横梁，640-提升立柱，650-提升拉接件，660-提升平衡机构，670-提升梁径向驱动机构，680-提升牵引机构，690-提升横梁伸缩驱动，
700-混凝土结构拆除回收装置，710-水平导轨横梁，720-水平导轨横梁驱动制动，730-内部驱动制定，740-高压水流拆除回收机构，750-竖向驱动制动，
800-内部打印装置，810-内部打印竖向导轨，820-内部打印头。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～4所示，本发明提供一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置：
(1)装置构成
老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置包括：柱坐标3D打印装置300、与其连接的模块化驱动导向扩展装置200和多功能提升装置600、与多功能提升装置600连接的混凝土结构拆除回收装置700和内部打印装置800。
柱坐标3D打印装置300包括：内部环形导轨支撑梁310、内部环形导轨梁320、外部环形导轨支撑梁330、外部环形导轨梁340、打印头导轨横梁350、打印头驱动制动360、打印头370和导轨横梁驱动制动380。
模块化驱动导向扩展装置200包括：模块化导轨210、高度方向顶升驱动制动220、伸缩式附着连接件230。
多功能提升装置600包括：提升支撑机构610、提升旋转驱动620、伸缩式提升横梁630、提升立柱640、提升拉接件650、提升平衡机构660、提升梁径向驱动机构670、提升牵引机构680、提升横梁伸缩驱动690。
混凝土结构拆除回收装置700包括：水平导轨横梁710、水平导轨横梁驱动制动720、内部驱动制定730、高压水流拆除回收机构740、竖向驱动制动750、混凝土分离机构760(图中未画出)。
内部打印装置800包括：内部打印竖向导轨810、内部打印头820、内部打印驱动制动830(图中未画出)。
(2)各构件之间相互关系
模块化驱动导向扩展装置200包括：与老龄化建筑100外墙紧密接触连接的4根两两平行的模块化导轨210、设置在模块化导轨210外侧的高度方向顶升驱动制动220、高度方向顶升驱动制动220在模块化导轨210外壁可沿着高度方向滑动制动、老龄化建筑100外壁按一定高度设置与其垂直的4个伸缩式附着连接件230。
与模块化驱动导向扩展装置200连接的柱坐标3D打印装置300包括：与高度方向顶升驱动制动220的4个外角壁连接的4根内部环形导轨支撑梁310；与4根内部环形导轨支撑梁310另一端连接的内部环形导轨梁320；与高度方向顶升驱动制动220的4个外壁连接的4根外部环形导轨支撑梁330，4根外部环形导轨支撑梁330下部与内部环形导轨梁320上表面连接；与4根外部环形导轨支撑梁330另一端下部连接的外部环形导轨梁340；在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340之间设置打印头导轨横梁350，内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340同圆心，打印头导轨横梁350反向延长线过圆心，打印头导轨横梁350两端设置导轨横梁驱动制动380，可实现打印头导轨横梁350绕圆心在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340所在平面内转动和制动；打印头横梁350下表面设置垂直于且与其连接的打印头370；打印头370顶端与打印头横梁350连接处设置打印头驱动制动360，可实现打印头370相对于打印头横梁350在外部环形导轨梁340平面内作线性运动并可制动，且可实现打印头370沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动。其中，柱坐标3D打印装置300通过打印头导轨横梁350绕圆心在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340所在平面内转动和制动、打印头370相对于打印头横梁350在外部环形导轨梁340平面内作线性运动和制动以及打印头370沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动实现打印头370在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340所在平面内的全方位定位，可实现以柱坐标系形式对打印头370的定位；柱坐标为(r、z)，r为打印头370在外部环形导轨梁340平面内投影点到其圆心的距离，为打印头导轨横梁350与坐标轴的夹角，z表示打印头离外部环形导轨梁340所在平面的距离；内部环形导轨梁320为方形与槽型腔体组合结构，槽口方向相对圆心沿径向朝外，建筑材料400输送管与方钢外壁连接，依次进入方形腔体、槽型腔体、打印头导轨横梁350内腔体、打印头370；外部环形导轨梁340为方形与槽型腔体组合结构，槽口方向相对圆心沿径向朝内。
与柱坐标3D打印装置300连接的多功能提升装置600包括：在内部环形导轨梁320上方设置与其连接的提升支撑机构610，提升支撑机构610由4根两两平行的竖向支撑、与竖向支撑垂直连接的4根两两平行首尾相连的水平支撑；提升支撑机构610的2根水平支撑中部上方与其连接的提升旋转驱动620；与提升旋转驱动620上表面相连的伸缩式提升横梁630；在伸缩式提升横梁630上方设置与其连接的提升立柱640；与提升立柱640交点和伸缩式提升横梁630上部相连的提升拉接件650；设置于伸缩式提升横梁630短臂的提升平衡机构660；设置于伸缩式提升横梁630长臂的提升梁径向驱动机构670；与提升梁径向驱动机构670相连的提升牵引机构680。其中：通过提升旋转驱动620可实现伸缩式提升横梁630的360度转动；通过提升梁径向驱动机构670可实现提升牵引机构680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；通过提升横梁伸缩驱动690可实现伸缩式提升横梁630沿着径向作伸缩运动。
与多功能提升装置600相连的混凝土结构拆除回收装置700包括：在提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑之间内嵌水平导轨横梁710，水平导轨横梁710两端设置水平导轨横梁驱动制动720，与水平导轨横梁710垂直连接的高压水流拆除回收机构740，在水平导轨横梁710和高压水流拆除回收机构740上设置的内部驱动制定730，与高压水流拆除回收机构740底部连接的竖向驱动制动750，与高压水流拆除回收机构740连接的混凝土分离机构760(图中未画出)；通过水平导轨横梁驱动制动720可实现嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动；通过内部驱动制定730可实现高压水流拆除回收机构740沿着水平导轨横梁710作水平直线运动；通过竖向驱动制动750可实现高压水流拆除回收机构740作竖向伸缩运动；通过高压水流拆除回收机构740可实现老龄化建筑100的混凝土结构拆除回收；通过混凝土分离机构760可实现拆除物的分离和包装。
与多功能提升装置600相连的内部打印装置800包括：与新建建筑500内壁相连的4根两两平行的内部打印竖向导轨810、与竖向驱动制动750相连的内部打印头820。通过内部打印驱动制动830(图中未画出)可实现多功能提升装置600沿着内部打印竖向导轨810作竖向直线运动；通过水平导轨横梁驱动制动720可实现嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动；通过内部驱动制定730可实现内部打印头820沿着水平导轨横梁710作水平直线运动；通过竖向驱动制动750可实现内部打印头820作竖向伸缩运动。
具体的，本发明的3D打印装置每一构件均可拆卸和组装。
本发明的3D打印装置功能的实现方法如下：
(1)将模块化驱动导向扩展装置200的模块化导轨210与既有老龄化建筑100外壁连接固定。
(2)通过动力控制系统(图中未画出)向柱坐标3D打印装置300发送控制指令，通过导轨横梁驱动制动380控制打印头导轨横梁350绕圆心在内部环形导轨梁320和外部环形导轨梁340所在平面内转动和制动，通过打印头驱动制动360控制打印头370相对于打印头横梁350在外部环形导轨梁340平面内作线性运动和制动以及沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动，通过控制打印头370在水平面内喷射建筑材料400实现新建建筑500外部结构的层层打印施工。
(3)待已打印新建建筑500高度超过打印头370的伸缩范围，通过启动高度方向顶升驱动制动220实现打印头导轨横梁350在高度方向的移动，实现新建建筑500外部结构继续自下向上逐层沿高度方向打印，待已打印新建建筑500高度接近模块化导轨210的长度，将伸缩式附着连接件230与已打印新建建筑500的预埋件连接固定。
(4)若已打印新建建筑500高度超过模块化导轨210的长度，通过动力控制系统(图中未画出)向多功能提升装置600发送控制指令，控制提升旋转驱动620实现伸缩式提升横梁630的360度转动，控制提升梁径向驱动机构670实现提升牵引机构680沿伸缩式提升横梁630的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动，实现模块化导轨210的提升和扩展就位；启动高度方向顶升驱动制动220，向上顶升直至打印头370超过已打印新建建筑500一定高度后并制动，继续打印施工，待已打印新建建筑500高度接近模块化导轨210扩展后的长度，调节伸缩式附着连接件230的长度使其与已打印新建建筑500的预埋件连接固定，如此循环逐步向上顶升打印，实现柱坐标3D打印装置300整体向上顶升并逐层打印，实现新建建筑500外部结构的打印建造。
(5)拆除柱坐标3D打印装置300的外部环形导轨支撑梁330、外部环形导轨梁340、打印头导轨横梁350、打印头驱动制动360、打印头370、导轨横梁驱动制动380；通过动力控制系统(图中未画出)向多功能提升装置600发送控制指令，控制提升横梁伸缩驱动690实现伸缩式提升横梁630沿着径向作伸缩运动，直至伸缩式提升横梁630在新建建筑500外部结构以内范围作业；通过动力控制系统(图中未画出)向混凝土结构拆除回收装置700发送控制指令，控制竖向驱动制动750实现高压水流拆除回收机构740作竖向伸缩运动，直至其下表面接近既有老龄化建筑100，控制水平导轨横梁驱动制动720实现嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，控制内部驱动制定730实现高压水流拆除回收机构740沿着水平导轨横梁710作水平直线运动，如此通过高压水流拆除回收机构740实现老龄化建筑100的混凝土结构拆除回收；待已拆除既有老龄化建筑100超过高压水流拆除回收机构740伸缩范围，启动高度方向顶升驱动制动220，向下顶升直至已拆除既有老龄化建筑100在高压水流拆除回收机构740作业范围后并制动，继续拆除施工，待拆除一定高度老龄化建筑后拆除伸缩式附着连接件230；同时通过动力控制系统(图中未画出)向多功能提升装置600发送控制指令，控制提升旋转驱动620实现伸缩式提升横梁630的360度转动，控制提升梁径向驱动机构670实现提升牵引机构680沿伸缩式提升横梁630的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动，实现已拆除既有老龄化建筑100钢材的吊装回收，并通过混凝土分离机构760实现拆除物的分离和包装；如此循环逐步向下作业，通过混凝土结构拆除回收装置700和多功能提升装置600实现既有老龄化建筑100的整体结构拆除及废弃物的回收。
(6)将内部打印竖向导轨800的内部打印竖向导轨810与既有老龄化建筑100内壁连接固定，并将混凝土结构拆除回收装置700装置的高压水流拆除回收机构740置换为820内部打印头，通过动力控制系统(图中未画出)向混凝土结构拆除回收装置700发送控制指令，控制水平导轨横梁驱动制动720实现嵌水平导轨横梁710沿着提升支撑机构610两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，控制内部驱动制定730实现内部打印头作820沿着水平导轨横梁710作水平直线运动，控制竖向驱动制动750实现内部打印头作820竖向伸缩运动，通过控制打印头作820在水平面内喷射建筑材料400实现新建建筑500内部结构的层层打印施工；待已打印新建建筑500内部结构高度超过内部打印头820的伸缩范围，通过启动内部打印驱动制动830(图中未画出)实现水平导轨横梁710在高度方向的移动，实现新建建筑500内部结构继续自下向上逐层沿高度方向打印，如此循环逐步向上顶升打印，实现内部打印装置800整体向上顶升并逐层打印，实现新建建筑500内部结构的打印施工，并最终完成新建建筑500的打印建造。
补充说明：模块化驱动导向扩展装置200、柱坐标3D打印装置300、多功能提升装置600、混凝土结构拆除回收装置700和内部打印装置800均与动力控制系统(图中未画出)通信连接，且动力控制系统均可向高度方向顶升驱动制动220、打印头驱动制动360、打印头370、导轨横梁驱动制动380、提升旋转驱动620、提升梁径向驱动机构670、提升牵引机构680、提升横梁伸缩驱动690、水平导轨横梁驱动制动720、内部驱动制定730、高压水流拆除回收机构740、竖向驱动制动750和内部打印头820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。
本发明能够提供一种简单快速的、自动化程度高、无污染环保、安全可靠的且适用于复杂环境的老龄化建筑拆除改造施工装置和方法。
实施例：某高层建筑拆除改造施工，拟采用所开发的装置。其拆除及打印建造流程同2.2(3D打印装置功能的实现方法)，如此实现新建建筑500外部结构的打印建造、既有老龄化建筑100的整体结构拆除及废弃物的回收、新建建筑500内部结构的打印建造。图5～图8分别为本发明实施例新建建筑500的外墙打印建造示意图、本发明实施例老龄化建筑100顶部拆除施工示意图、本发明实施例老龄化建筑100底部拆除施工示意图和本发明实施例新建建筑500内部结构打印施工示意图。
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，随着该技术的发展并逐渐成熟，将给劳动力密集型的建筑业带来技术革新。引入3D打印技术，结合基于高压水流的混凝土结构拆除回收等新型技术，为老龄化建筑的自动化安全环保拆除改造提供了一种新的手段。本发明的简单快速的、自动化程度高、无污染环保、安全可靠的且适用于复杂环境的老龄化建筑拆除改造施工装置或方法，将对我国老龄化建筑拆除改造工作具有重大理论和现实意义。
综上所述，本发明通过模块化驱动导向扩展装置200，与模块化驱动导向扩展装置200连接的柱坐标3D打印装置300等，能够解决现有拆除改建施工方法的机械化和自动化程度不高、对周围环境存在一定的扰动影响、拆除施工风险高以及拆除废弃物不可回收等问题，以实现老龄化建筑的自动化安全环保拆除改造。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，包括模块化驱动导向扩展装置(200)，与模块化驱动导向扩展装置(200)连接的柱坐标3D打印装置(300)，其中，
所述模块化驱动导向扩展装置(200)包括：与老龄化建筑(100)外墙连接的4根两两平行的模块化导轨(210)，设置在所述模块化导轨(210)外侧的高度方向顶升驱动制动(220)，所述高度方向顶升驱动制动(220)在模块化导轨(210)外壁沿着高度方向滑动制动，老龄化建筑(100)外壁按一定高度设置与其垂直的4个伸缩式附着连接件(230)；
所述柱坐标3D打印装置(300)包括：与所述高度方向顶升驱动制动(220)的4个外角壁连接的4根内部环形导轨支撑梁(310)，与所述4根内部环形导轨支撑梁(310)另一端连接的内部环形导轨梁(320)，与所述高度方向顶升驱动制动(220)的4个外壁连接的4根外部环形导轨支撑梁(330)，所述4根外部环形导轨支撑梁(330)下部与所述内部环形导轨梁(320)上表面连接，与所述4根外部环形导轨支撑梁(330)另一端下部连接的外部环形导轨梁(340)，在所述内部环形导轨梁(320)和外部环形导轨梁(340)之间设置有打印头导轨横梁(350)，所述内部环形导轨梁(320)和外部环形导轨梁(340)同圆心，所述打印头导轨横梁(350)反向延长线过圆心，所述打印头导轨横梁(350)的两端设置导轨横梁驱动制动(380)，用于使所述打印头导轨横梁(350)绕圆心在内部环形导轨梁(320)和外部环形导轨梁(340)所在平面内转动和制动，打印头导轨横梁(350)下表面设置垂直于且与其连接的打印头(370)，所述打印头(370)与打印头杆连接，打印头(370)顶端与打印头导轨横梁(350)连接处设置打印头驱动制动(360)，用于使打印头(370)相对于打印头导轨横梁(350)在外部环形导轨梁(340)平面内作线性运动并可制动，且用于使打印头(370)沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动，所述打印头(370)以柱坐标系形式定位。
2.如权利要求1所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，所述柱坐标系为r为打印头(370)在外部环形导轨梁(340)平面内投影点到其圆心的距离，为打印头导轨横梁(350)与坐标轴的夹角，z表示打印头离外部环形导轨梁(340)所在平面的距离。
3.如权利要求1所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，还包括与所述柱坐标3D打印装置(300)连接的多功能提升装置(600)，所述多功能提升装置(600)包括：提升支撑机构(610)、提升旋转驱动(620)、伸缩式提升横梁(630)、提升立柱(640)、提升拉接件(650)、提升平衡机构(660)、提升梁径向驱动机构(670)、提升牵引机构(680)、提升横梁伸缩驱动(690)，其中，
与所述内部环形导轨梁(320)上方连接的提升支撑机构(610)，所述提升支撑机构(610)包括4根两两平行的竖向支撑、与竖向支撑垂直连接的4根两两平行首尾相连的水平支撑，所述提升支撑机构(610)的2根水平支撑中部上方连接有提升旋转驱动(620)，与所述提升旋转驱动(620)上表面相连的伸缩式提升横梁(630)，伸缩式提升横梁(630)包括短臂和长臂，在伸缩式提升横梁(630)上方连接的提升立柱(640)，所述提升立柱(640)有一交点，与所述提升立柱(640)的交点和伸缩式提升横梁(630)上部相连的提升拉接件(650)，设置于所述伸缩式提升横梁(630)的短臂的提升平衡机构(660)，设置于所述伸缩式提升横梁(630)的长臂的提升梁径向驱动机构(670)，与所述提升梁径向驱动机构(670)相连的提升牵引机构(680)。
4.如权利要求3所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，所述提升旋转驱动(620)，用于驱动所述伸缩式提升横梁(630)的360度转动；
所述提升梁径向驱动机构(670)，用于驱动所述提升牵引机构(680)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；
所述提升横梁伸缩驱动(690)，用于驱动所述伸缩式提升横梁(630)沿着径向作伸缩运动。
5.如权利要求4所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，还包括与多功能提升装置(600)相连的混凝土结构拆除回收装置(700)，所述混凝土结构拆除回收装置(700)包括：
内嵌在所述提升支撑机构(610)的两根互相平行的水平支撑之间的水平导轨横梁(710)，所述水平导轨横梁(710)两端设置有水平导轨横梁驱动制动(720)，与所述水平导轨横梁(710)垂直连接的高压水流拆除回收机构(740)，在所述水平导轨横梁(710)和高压水流拆除回收机构(740)上设置的内部驱动制定(730)，与所述高压水流拆除回收机构(740)的底部连接的竖向驱动制动(750)，与高压水流拆除回收机构(740)连接的混凝土分离机构(760)。
6.如权利要求5所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，所述水平导轨横梁驱动制动(720)，用于驱动所述水平导轨横梁(710)沿着提升支撑机构(610)两根互相平行的水平支撑作水平直线运动；
所述内部驱动制定(730)，用于驱动高压水流拆除回收机构(740)沿着水平导轨横梁(710)作水平直线运动；
所述竖向驱动制动(750)，用于高压水流拆除回收机构(740)作竖向伸缩运动；
所述高压水流拆除回收机构(740)，用于将老龄化建筑(100)的混凝土结构拆除回收；
所述混凝土分离机构(760)，用于所述混凝土结构拆除回收的拆除物的分离和包装。
7.如权利要求6所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，其特征在于，还包括与多功能提升装置(600)相连的内部打印装置(800)，所述内部打印装置(800)包括：
与新建建筑(500)内壁相连的4根两两平行的内部打印竖向导轨(810)，与竖向驱动制动(750)相连的内部打印头(820)，与所述多功能提升装置(600)连接的内部打印驱动制动(830)，所述内部打印驱动制动(830)，用于驱动多功能提升装置(600)沿着内部打印竖向导轨(810)作竖向直线运动，所述水平导轨横梁驱动制动(720)，用于驱动所述水平导轨横梁(710)沿着提升支撑机构(610)的两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，所述内部驱动制定(730)，用于驱动内部打印头(820)沿着水平导轨横梁(710)作水平直线运动，所述竖向驱动制动(750)，用于驱动内部打印头(820)作竖向伸缩运动。
8.一种老龄化建筑拆除改造施工的3D打印方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印装置，所述方法包括：
将模块化驱动导向扩展装置(200)的模块化导轨(210)与既有老龄化建筑(100)外壁连接固定；
通过动力控制系统向柱坐标3D打印装置(300)发送控制指令，通过导轨横梁驱动制动(380)控制打印头导轨横梁(350)绕圆心在内部环形导轨梁(320)和外部环形导轨梁(340)所在平面内转动和制动，通过打印头驱动制动(360)控制打印头(370)相对于打印头导轨横梁(350)在外部环形导轨梁(340)平面内作线性运动和制动以及沿着打印头杆在垂直方向作伸缩运动，通过控制打印头(370)在水平面内喷射建筑材料(400)实现新建建筑(500)外部结构的层层打印施工；
待已打印新建建筑(500)高度超过打印头(370)的伸缩范围，通过启动高度方向顶升驱动制动(220)使打印头导轨横梁(350)在高度方向的移动，使新建建筑(500)外部结构继续自下向上逐层沿高度方向打印，待已打印新建建筑(500)高度接近模块化导轨(210)的长度，将伸缩式附着连接件(230)与已打印新建建筑(500)的预埋件连接固定。
9.如权利要求8所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印方法，其特征在于，所述方法还包括：
若已打印新建建筑(500)高度超过模块化导轨(210)的长度，通过动力控制系统向多功能提升装置(600)发送控制指令，控制提升旋转驱动(620)使伸缩式提升横梁(630)的360度转动，控制提升梁径向驱动机构(670)使提升牵引机构(680)沿伸缩式提升横梁(630)的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动，使模块化导轨(210)的提升和扩展就位；启动高度方向顶升驱动制动(220)，向上顶升直至打印头(370)超过已打印新建建筑(500)一定高度后并制动，继续打印施工，待已打印新建建筑(500)高度接近模块化导轨(210)扩展后的长度，调节伸缩式附着连接件(230)的长度使其与已打印新建建筑(500)的预埋件连接固定，如此循环逐步向上顶升打印，使柱坐标3D打印装置(300)整体向上顶升并逐层打印，完成所述新建建筑(500)外部结构的打印建造。
10.如权利要求9所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印方法，其特征在于，完成所述新建建筑(500)外部结构的打印建造之后，还包括：
拆除柱坐标3D打印装置(300)的外部环形导轨支撑梁(330)、外部环形导轨梁(340)、打印头导轨横梁(350)、打印头驱动制动(360)、打印头(370)、导轨横梁驱动制动(380)；
通过动力控制系统向多功能提升装置(600)发送控制指令，控制提升横梁伸缩驱动(690)驱动伸缩式提升横梁(630)沿着径向作伸缩运动，直至伸缩式提升横梁(630)在新建建筑(500)外部结构以内范围作业；
通过动力控制系统向混凝土结构拆除回收装置(700)发送控制指令，控制竖向驱动制动(750)驱动高压水流拆除回收机构(740)作竖向伸缩运动，直至其下表面接近既有老龄化建筑(100)，控制水平导轨横梁驱动制动(720)驱动水平导轨横梁(710)沿着提升支撑机构(610)两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，控制内部驱动制定(730)驱动高压水流拆除回收机构(740)沿着水平导轨横梁(710)作水平直线运动，通过高压水流拆除回收机构(740)完成老龄化建筑(100)的混凝土结构拆除回收；
待已拆除既有老龄化建筑(100)超过高压水流拆除回收机构(740)伸缩范围，启动高度方向顶升驱动制动(220)，向下顶升直至已拆除既有老龄化建筑(100)在高压水流拆除回收机构(740)作业范围后并制动，继续拆除施工，待拆除一定高度老龄化建筑后拆除伸缩式附着连接件(230)，同时通过动力控制系统向多功能提升装置(600)发送控制指令，控制提升旋转驱动(620)驱动伸缩式提升横梁(630)的360度转动，控制提升梁径向驱动机构(670)驱动提升牵引机构(680)沿伸缩式提升横梁(630)的长臂作直线运动以及沿着垂直方向作直线运动，完成已拆除既有老龄化建筑(100)钢材的吊装回收，并通过混凝土分离机构(760)完成拆除物的分离和包装。
11.如权利要求10所述的老龄化建筑拆除改造施工的3D打印方法，其特征在于，通过混凝土分离机构(760)完成拆除物的分离和包装之后，还包括：
将内部打印竖向导轨(800)的内部打印竖向导轨(810)与既有老龄化建筑(100)内壁连接固定，并将混凝土结构拆除回收装置(700)装置的高压水流拆除回收机构(740)置换为(820)内部打印头，通过动力控制系统向混凝土结构拆除回收装置(700)发送控制指令，控制水平导轨横梁驱动制动(720)驱动水平导轨横梁(710)沿着提升支撑机构(610)两根互相平行的水平支撑作水平直线运动，控制内部驱动制定(730)驱动内部打印头作(820)沿着水平导轨横梁(710)作水平直线运动，控制竖向驱动制动(750)驱动内部打印头作(820)竖向伸缩运动，通过控制打印头作(820)在水平面内喷射建筑材料(400)完成新建建筑(500)内部结构的层层打印施工；
待已打印新建建筑(500)内部结构高度超过内部打印头(820)的伸缩范围，通过启动内部打印驱动制动(830)驱动水平导轨横梁(710)在高度方向的移动，完成新建建筑(500)内部结构继续自下向上逐层沿高度方向打印。
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