CN108193798A - 3d打印墙体单元、墙体系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印墙体单元、墙体系统及其制造方法，涉及建筑3D打印技术领域。3D打印墙体单元包括第一墙体；第一墙体包括内墙板、外墙板以及加强筋；外墙板设置于内墙板的外侧，并且，内墙板和外墙板的端部相连，以使内墙板和外墙板围设成容腔，加强筋设于容腔内，并且，加强筋分别与内墙板和外墙板相连；内墙板和外墙板沿水平方向的截面形状均为U形，解决了现有技术中存在的传统的公交站台等的建设，施工周期较长，成本较高，建筑质量难以保证的技术问题，由于采用3D打印提高了第一墙体的整体强度和建筑质量，加强筋的设置对第一墙体的结构强度和稳定性起到了良好的加强作用，U形的结构设计满足了设计要求，提高了第一墙体的通用性。

Description

3D打印墙体单元、墙体系统及其制造方法

技术领域

本发明涉及建筑3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印墙体单元、墙体系统及其制造方法。

背景技术

随着现代建筑业的迅速发展，国内各地建设规模日益扩大，各项建筑周转材料日益增加，加之我国环境问题日益严峻，国家对建筑行业环保节能的要求越来越高。在国家全面禁止使用粘土砖后，自上世纪90年代开始，空心砖、加气砖、混凝土砌块、各类板材等新型墙体材料的相继出现，开启了我国新型墙体材料的探索。

目前，大多数建筑物还是采用钢筋混凝土的结构型式，产生的建筑垃圾多，白色污染严重，由于外墙装饰、外墙、保温、内墙装饰的施工基本上是分步骤实施的，外墙施工时需支模，保温、外墙装饰又需搭脚手架，内墙施工也存在同样的问题：施工程序繁杂、施工周期长、浪费大等弊病，导致了目前施工费时、费力、费财，处于一种效率低下的状态之中，同时由于建设周期较长，施工场地长期被占用，极大地影响了场地的使用效率。

为保护环境、降低施工能耗，提升施工效率和经济收益，3D打印墙体应运而生，3D打印墙体，就是以环境能源可持续发展为前提，以建筑废渣为主研发新的墙体材料，结合现代化施工工艺和智能化过程管理，自动智能地打印出达到建筑建设标准的墙体构件，实现建筑行业的精准、快捷、绿色健康、可持续地发展。

近日来，合肥大雪造成公交站台倒塌的事故引发了众人的思考，传统的公交站台、户外展示区、多功能办公室等的建设，施工周期较长，成本较高，建筑质量也难以保证，如何利用3D打印快速建造满足建筑标准的建筑物成了人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印墙体单元、墙体系统及其制造方法，以解决现有技术中存在的传统的公交站台等的建设，施工周期较长，成本较高，建筑质量难以保证的技术问题。

本发明提供的3D打印墙体单元包括第一墙体；

所述第一墙体包括内墙板、外墙板以及加强筋；

所述外墙板设置于所述内墙板的外侧，并且，所述内墙板和所述外墙板的端部相连，以使所述内墙板和所述外墙板围设成容腔，所述加强筋设于所述容腔内，并且，所述加强筋分别与所述内墙板和所述外墙板相连；

所述内墙板和所述外墙板沿水平方向的截面形状均为U形。

进一步的，所述加强筋包括钢筋网片。

进一步的，所述钢筋网片沿所述容腔的水平方向设置，并且，所述钢筋网片沿所述容腔的竖直方向均匀设置有多个。

进一步的，所述钢筋网片包括沿所述容腔的水平延伸方向设置的第一钢筋；

所述第一钢筋的形状为波浪形，并且，所述第一钢筋沿所述容腔的水平延伸方向的两侧分别伸入所述内墙板和所述外墙板中。

进一步的，所述钢筋网片还包括沿所述容腔的水平延伸方向设置的第二钢筋；

所述第二钢筋的形状为之字形，并且，所述第二钢筋的走向与所述第一钢筋的走向相同，所述第二钢筋沿所述容腔的水平延伸方向的两侧分别与所述内墙板和所述外墙板相连。

本发明提供的3D打印墙体系统，包括如上述技术方案中任一项所述的3D打印墙体单元以及第二墙体；

所述第二墙体的结构与所述第一墙体的结构相同，并且，所述第二墙体的两个自由端分别与所述第一墙体的两个自由端相连以组成框架结构。

进一步的，所述第一墙体和所述第二墙体通过涂覆于所述第一墙体的自由端部的水泥砂浆相连。

进一步的，所述第一墙体和所述第二墙体通过设置于所述第一墙体和所述第二墙体的自由端部的连接组件相连。

本发明提供的用于制造如上述技术方案中任一项所述的3D打印墙体系统的制造方法，包括：

利用3D打印机打印所述第一墙体；

利用3D打印机打印所述第二墙体；

将所述第二墙体的两个自由端分别与所述第一墙体的两个自由端相连以得到所述3D打印墙体系统。

进一步的，所述利用3D打印机打印所述第一墙体具体包括：

编织所述加强筋；

利用3D打印机沿竖直方向打印所述内墙板和所述外墙板；

所述内墙板和所述外墙板打印至一定高度后，将编织好的所述加强筋放置于所述内墙板和所述外墙板上；

重复上述步骤直至所述内墙板和所述外墙板的高度满足设计要求。

本发明提供的3D打印墙体单元包括第一墙体，第一墙体为由3D打印机打印而成的一体化结构，一体化的结构设计有利于提高第一墙体的整体强度，从而提高建筑质量，同时减少了零部件的数量，避免了由零部件的拆装造成的时间和成本的提高以及由零部件的缺失对建筑整体的安装造成的影响。由于第一墙体采用3D打印而成，能够快速实现第一墙体的预制，在第一墙体打印完成后能够迅速投入使用，从而有效提高了施工效率，并且施工无需占用较大的施工场地，有效节约了空间，利用3D打印制作第一墙体有助于实现建筑构件的规模化和产业化，降低施工成本。

为提高第一墙体的结构强度，保证第一墙体的质量满足建筑标准的要求，第一墙体包括内墙板、外墙板以及加强筋，内墙板和外墙板分别组成了第一墙体的内外表层，加强筋设于内墙板和外墙板之间，对第一墙体的结构强度和稳定性起到了良好的加强作用。第一墙体的结构较为简单，易于实现第一墙体的3D打印，保证打印质量的同时易于保证建筑主体的质量。

具体地，外墙板设置于内墙板的外侧，外墙板可相对于内墙板平行设置，以使第一墙体的结构简单，易于打印，适应墙体的结构形式，并且，内墙板和外墙板的端部相连，以使内墙板和外墙板围设成容腔，采用容腔的结构能够有效降低第一墙体的结构自重，降低生产成本及运输成本。加强筋设于容腔内，并且，加强筋分别与内墙板和外墙板相连，加强筋的设置能够有效降低内墙板和外墙板因受到外力而造成的变形量，对第一墙体的结构强度和稳定性起到了良好的加强作用，保证第一墙体的质量满足使用要求。

为使第一墙体的结构满足较多建筑构件的结构要求，使得第一墙体的适用范围更广，内墙板和外墙板的结构形状相同，内墙板和外墙板沿水平方向的截面形状均为U形，U形的结构设计更易于满足设计要求，提高了第一墙体的通用性，同时使得内墙板和外墙板的过渡更为平滑，造型更加美观，使用寿命更长，更适于户外的公交站台、展示区的建筑设计，能够满足建筑设计标准的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的3D打印墙体单元的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的3D打印墙体单元的加强筋的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的3D打印墙体系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的3D打印墙体系统的连接组件的结构示意图。

图标：100-第一墙体；200-第二墙体；300-连接组件；110-内墙板；120-外墙板；130-加强筋；131-第一钢筋；132-第二钢筋；310-矩形凹部；320-矩形凸部。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例1、实施例2及实施例3进行详细描述：

实施例1

如图1和2所示，本实施例提供了一种3D打印墙体单元，包括第一墙体100，具体而言：

第一墙体100包括内墙板110、外墙板120以及加强筋130；

外墙板120设置于内墙板110的外侧，并且，内墙板110和外墙板120的端部相连，以使内墙板110和外墙板120围设成容腔，加强筋130设于容腔内，并且，加强筋130分别与内墙板110和外墙板120相连；

内墙板110和外墙板120沿水平方向的截面形状均为U形。

3D打印墙体单元包括第一墙体100，第一墙体100为由3D打印机打印而成的一体化结构，一体化的结构设计有利于提高第一墙体100的整体强度，从而提高建筑质量，同时减少了零部件的数量，避免了由零部件的拆装造成的时间和成本的提高以及由零部件的缺失对建筑整体的安装造成的影响。由于第一墙体100采用3D打印而成，能够快速实现第一墙体100的预制，在第一墙体100打印完成后能够迅速投入使用，从而有效提高了施工效率，并且施工无需占用较大的施工场地，有效节约了空间，利用3D打印制作第一墙体100有助于实现建筑构件的规模化和产业化，降低施工成本。

为提高第一墙体100的结构强度，保证第一墙体100的质量满足建筑标准的要求，第一墙体100包括内墙板110、外墙板120以及加强筋130，内墙板110和外墙板120分别组成了第一墙体100的内外表层，加强筋130设于内墙板110和外墙板120之间，对第一墙体100的结构强度和稳定性起到了良好的加强作用。第一墙体100的结构较为简单，易于实现第一墙体100的3D打印，保证打印质量的同时易于保证建筑主体的质量。

具体地，外墙板120设置于内墙板110的外侧，外墙板120可相对于内墙板110平行设置，以使第一墙体100的结构简单，易于打印，适应墙体的结构形式，并且，内墙板110和外墙板120的端部相连，以使内墙板110和外墙板120围设成容腔，采用容腔的结构能够有效降低第一墙体100的结构自重，降低生产成本及运输成本。加强筋130设于容腔内，并且，加强筋130分别与内墙板110和外墙板120相连，加强筋130的设置能够有效降低内墙板110和外墙板120因受到外力而造成的变形量，对第一墙体100的结构强度和稳定性起到了良好的加强作用，保证第一墙体100的质量满足使用要求。

为使第一墙体100的结构满足较多建筑构件的结构要求，使得第一墙体100的适用范围更广，内墙板110和外墙板120的结构形状相同，内墙板110和外墙板120沿水平方向的截面形状均为U形，U形的结构设计更易于满足设计要求，提高了第一墙体100的通用性，同时使得内墙板110和外墙板120的过渡更为平滑，造型更加美观，使用寿命更长，更适于户外的公交站台、展示区的建筑设计，能够满足建筑设计标准的要求。

一种具体的实施方式中，加强筋130包括钢筋网片。钢筋网片的结构强度大，能够承受较大的外力，将钢筋网片填充入容腔中，使钢筋网片分别与内墙板110和外墙板120相连，从而提高了第一墙体100的强度和稳定性，保证了第一墙体100的质量满足建筑标准的要求。

具体地，钢筋网片沿容腔的水平方向设置，并且，钢筋网片沿容腔的竖直方向均匀设置有多个。由于第一墙体100采用3D打印的方式建造，在打印作业开始前，需要准备打印的材料，并编织钢筋网片，打印作业开始时，首先打印U形的内墙板110和外墙板120，使内墙板110和外墙板120由下至上开始逐层升高，在打印至一定高度时，将编织好的钢筋网片放置在内墙板110和外墙板120之间，继续打印内墙板110和外墙板120，直至内墙板110和外墙板120打印至相应的高度。优选地，每隔20cm高度，在内墙板110和外墙板120之间铺设一层钢筋网片，在提高结构的强度和稳定性的同时，降低结构自重，以便于安装和运输，降低作业成本。

本实施例的可选方案中，如图2所示，钢筋网片包括沿容腔的水平延伸方向设置的第一钢筋131，使得第一钢筋131实现水平片状的结构设计，第一钢筋131的形状为波浪形，并且，第一钢筋131沿容腔的水平延伸方向的两侧分别伸入内墙板110和外墙板120中。波浪形的第一钢筋131可采用类似正弦曲线的形式，使第一钢筋131的走向均匀，需要说明的是，在U形内墙板110和外墙板120的拐角处，为减小应力集中，提高结构的强度和稳定性，波浪形的第一钢筋131在拐角处较为秘籍，在U形内墙板110和外墙板120的直线型处，第一钢筋131较为平缓设置，以满足结构的设计要求，保证第一墙体100的质量。

本实施例的另一可选方案中，钢筋网片还包括沿容腔的水平延伸方向设置的第二钢筋132，第二钢筋132的形状为之字形，并且，第二钢筋132的走向与第一钢筋131的走向相同，之字形的第二钢筋132可设于第一钢筋131的外侧，第一钢筋131的直径较小，视不同的内墙板110的跨度而定，第一钢筋131与第二钢筋132的中部相连，之字形的走向与波浪形的走向一致，波峰波谷位置一致，第二钢筋132沿容腔的水平延伸方向的两侧分别与内墙板110和外墙板120相连，组成片状结构，实现钢筋网片的功能。

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种3D打印墙体系统，包括实施例1的3D打印墙体单元以及第二墙体200，具体而言：

第二墙体200的结构与第一墙体100的结构相同，并且，第二墙体200的两个自由端分别与第一墙体100的两个自由端相连以组成框架结构。

由于公交站台等的高度一般较高，为使安装及运输便利，同时提高结构的稳定性，采用第一墙体100与第二墙体200组装拼接的形式在现场进行组装，第一墙体100和第二墙体200的结构相同，利用3D打印能够快速实现第一墙体100和第二墙体200的打印制造，在打印时，U形第一墙体100水平设置，打印完成后，使第二墙体200竖直设置，口部朝上，并使第二墙体200的两个自由端分别与第一墙体100的两个自由端相连，从而完成安装。

本实施例的可选方案中，第一墙体100和第二墙体200通过涂覆于第一墙体100的自由端部的水泥砂浆相连。水泥砂浆是常用的建筑材料，由于第一墙体100与第二墙体200采用拼接组装的方式，利用水泥砂浆能够有效实现第一墙体100和第二墙体200端部的连接，保证连接稳固可靠。

本实施例的另一可选方案中，如图4所示，第一墙体100和第二墙体200通过设置于第一墙体100和第二墙体200的自由端部的连接组件300相连。通过在第一墙体100和第二墙体200的端部设置连接组件300，利用连接组件300的连接实现第一墙体100和第二墙体200的连接。具体地，连接组件300包括设置于第一墙体100的自由端部的矩形凹部310以及设置于第二墙体200的自由端部的与矩形凹部310的结构相配合的矩形凸部320，利用分别设置于第一墙体100和第二墙体200上的矩形凹部310和矩形凸部320的配合连接实现第一墙体100和第二墙体200的连接，使得定位准确，连接可靠，提高了安装效率，为使连接更加稳固，保证连接质量，在第一墙体100的自由端部还可涂抹水泥砂浆，通过水泥砂浆和连接组件300的配合实现第一墙体100和第二墙体200的连接，在提高安装效率的同时使得连接更加稳固可靠。

或者，连接组件300包括设置于第一墙体100的自由端部的弧形凹部以及设置于第二墙体200的自由端部的与弧形凹部的结构相配合的弧形凸部。利用分别设置于第一墙体100和第二墙体200上的弧形凹部和弧形凸部的配合连接实现第一墙体100和第二墙体200的连接，使得定位准确，连接可靠，提高了安装效率。同时弧形凹部和弧形凸部的连接相比矩形凹部310和矩形凸部320的连接，由于采用弧形的结构使得连接更加便捷，摩擦较小，对连接组件300造成的损伤较小，易于保证连接组件300的功能。

实施例3

本实施例提供了一种用于制造如实施例2的3D打印墙体系统的制造方法，具体而言，包括：

利用3D打印机打印第一墙体；

利用3D打印机打印第二墙体；

将第二墙体的两个自由端分别与第一墙体的两个自由端相连以得到3D打印墙体系统。

具体地，第二墙体的结构与第一墙体的结构相同，可实现快速打印，批量生产，利用3D打印机打印第一墙体包括：

编织加强筋；

利用3D打印机沿竖直方向打印内墙板和外墙板，实现U形内墙板和外墙板由下至上的打印；

内墙板和外墙板打印至一定高度后，将编织好的加强筋放置于内墙板和外墙板上，使加强筋与内墙板和外墙板相连；

重复上述步骤直至内墙板和外墙板的高度满足设计要求，从而实现第一墙体的制造。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种3D打印墙体单元，其特征在于，包括第一墙体；

所述第一墙体包括内墙板、外墙板以及加强筋；

所述外墙板设置于所述内墙板的外侧，并且，所述内墙板和所述外墙板的端部相连，以使所述内墙板和所述外墙板围设成容腔，所述加强筋设于所述容腔内，并且，所述加强筋分别与所述内墙板和所述外墙板相连；

所述内墙板和所述外墙板沿水平方向的截面形状均为U形。

2.根据权利要求1所述的3D打印墙体单元，其特征在于，所述加强筋包括钢筋网片。

3.根据权利要求2所述的3D打印墙体单元，其特征在于，所述钢筋网片沿所述容腔的水平方向设置，并且，所述钢筋网片沿所述容腔的竖直方向均匀设置有多个。

4.根据权利要求2所述的3D打印墙体单元，其特征在于，所述钢筋网片包括沿所述容腔的水平延伸方向设置的第一钢筋；

所述第一钢筋的形状为波浪形，并且，所述第一钢筋沿所述容腔的水平延伸方向的两侧分别伸入所述内墙板和所述外墙板中。

5.根据权利要求4所述的3D打印墙体单元，其特征在于，所述钢筋网片还包括沿所述容腔的水平延伸方向设置的第二钢筋；

所述第二钢筋的形状为之字形，并且，所述第二钢筋的走向与所述第一钢筋的走向相同，所述第二钢筋沿所述容腔的水平延伸方向的两侧分别与所述内墙板和所述外墙板相连。

6.一种3D打印墙体系统，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的3D打印墙体单元以及第二墙体；

所述第二墙体的结构与所述第一墙体的结构相同，并且，所述第二墙体的两个自由端分别与所述第一墙体的两个自由端相连以组成框架结构。

7.根据权利要求6所述的3D打印墙体系统，其特征在于，所述第一墙体和所述第二墙体通过涂覆于所述第一墙体的自由端部的水泥砂浆相连。

8.根据权利要求6所述的3D打印墙体系统，其特征在于，所述第一墙体和所述第二墙体通过设置于所述第一墙体和所述第二墙体的自由端部的连接组件相连。

9.一种用于制造如权利要求6-8中任一项所述的3D打印墙体系统的制造方法，其特征在于，包括：

利用3D打印机打印所述第一墙体；

利用3D打印机打印所述第二墙体；

将所述第二墙体的两个自由端分别与所述第一墙体的两个自由端相连以得到所述3D打印墙体系统。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述利用3D打印机打印所述第一墙体具体包括：

编织所述加强筋；

利用3D打印机沿竖直方向打印所述内墙板和所述外墙板；

所述内墙板和所述外墙板打印至一定高度后，将编织好的所述加强筋放置于所述内墙板和所述外墙板上；

重复上述步骤直至所述内墙板和所述外墙板的高度满足设计要求。