CN108755934A - 房屋的3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种房屋的3D打印方法，包括以下步骤：步骤一，将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包，步骤二，根据三维模型文件的高度方向和/宽度方向的密度分布特征规划打印路径，步骤三，3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件定位到施工起始点位置开始施工，步骤四，按照打印路径进行3D打印，该3D打印方法以数字化模型设计，相比传统的手工造型，能够高效、精准地实现复杂立体模型的造型，可以防止建造施工事故的发生、减少人工劳动力的需求、大幅度的降低材料的使用量、显著的缩短房屋建造周期，计算出材料实际使用量，将材料浪费减到最低。

Description

房屋的3D打印方法

技术领域

本发明涉及房屋建造技术领域，具体涉及一种房屋的3D打印方法。

背景技术

三维打印技术又称为3D(Three Dimensions)打印技术，是一种以数字模型为基础，运用塑料或粉末状金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机出现于上世纪90年代，是运用3D打印技术设计的用于构造不同形式物体的机械设备。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”层层叠加起来，最终把计算机设计的蓝图打印成实物。在3D打印技术的实现过程中，3D打印机运用快速成型技术，集CAD(Computer AidedDesign)建模、CAM(computer Aided Manufacturing)建模、激光技术、数控技术、化工、材料技术等于一体，通过计算机中三维建模软件设计并制作三维图纸，并以此创建的数字模型为基础，运用软件分层离散并通过数控技术读取分层文件信息，最终利用激光束、热熔喷嘴等方式将诸如塑料、金属粉末、陶瓷粉末等“打印材料”以物体截面分层堆积、粘结的方式叠加成型。目前，3D打印技术以其特有的优势，在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、家电、轻工、医学、考古、雕刻艺术等领域开始应用并展现出强大的发展潜力。

3D打印技术与传统技术相比，自动化程度高，由于其数字化制造的模式无需复杂的工艺和庞大的机床，同时亦可省去众多的人力，直接从计算机中获取图形数据便制造任意形状零件，这使得其应用范围可以延伸到很多工程制造领域，3D打印技术生成效率相比传统方式有着很大的提高，具有速度快、精度高、质量好等特点，可大大降低生产成本，提高对原材料和能源的利用率。

随着我国经济社会的发展，城市化建设的规模逐年加大，建筑工程存在一些值得关注和改进的方面。人工成本的提高、建筑工程带来的环境污染、管理模式的滞后、建筑材料与能源的浪费等问题开始受到行业和社会的关注。此外传统建筑工程施工工艺也存在劳动力需求量大、受气候环境影响大等问题。基于存在的这些问题，需要考虑新的建筑施工技术来解决，以求达到降低劳动力需求、提高自动化程度、减少建筑材料和能源消耗、减轻建筑工程环境污染等目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种房屋的3D打印方法，用以解决城市化建设的规模逐年加大带来的人工成本的提高、建筑工程带来的环境污染、管理模式的滞后、建筑材料与能源的浪费等问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种房屋的3D打印方法，包括以下步骤：

步骤一，将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包；

步骤二，根据所述三维模型文件的高度方向和/宽度方向的密度分布特征规划打印路径；

步骤三，所述3D打印机进入施工现场后，根据所述三维模型文件定位到施工起始点位置开始施工；

步骤四，按照所述打印路径进行3D打印。

进一步的，在步骤一中，根据三维模型文件的大小和3D打印机的工作范围计算所需的3D打印机的数量；

将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包；

将对应的程序包通过无线传输、有线传输或U盘拷贝传输到所述3D打印机中。

进一步的，在步骤二中，根据所述三维模型文件的高度方向的密度分布特征规划打印路径的步骤，包括：

根据所述三维模型文件的高度方向的密度分布特征确定单层切片的高度及层数；

根据所述单层切片的高度、层数及密度分布特征确定路径参数，以得到所述打印路径。

进一步的，在步骤二中，根据所述三维模型文件的宽度方向的密度分布特征规划打印路径的步骤，包括：

根据所述三维模型文件的宽度方向的密度分布特征确定单层切片的高度及层数；

根据所述单层切片的宽度、层数及密度分布特征确定路径参数，以得到所述打印路径。

进一步的，在步骤三中，所述3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件将步骤一中计算出的3D打印机定位到施工起始点开始施工。

进一步的，所述3D打印机包括控制组件和与所述控制组件通过485控制线分别连接的桁架组件、供料组件、出料组件、驱动组件、监测调整组件、升降组件和旋转组件；

所述供料组件与所述出料组件相连接用于向所述出料组件输送建筑材料；

所述出料组件设置于所述桁架组件的一端用于打印房屋时进行下料；

所述驱动组件分别与所述桁架组件、所述出料组件、所述升降组件和所述旋转组件相连接，用于分别驱动所述桁架组件、所述出料组件、所述升降组件和所述旋转组件运动；

所述升降组件设置于所述桁架组件的下方用于调节所述桁架组件的高度；

所述旋转组件设置于所述升降组件与所述桁架组件之间，用于驱动所述桁架组件旋转；

所述桁架组件用于运送所述出料组件至打印位置；

在步骤四中，通过所述升降组件调整所述出料组件的高度；

通过所述旋转组件调整所述出料组件的角度；

通过所述桁架组件调整所述出料组件的工作宽度。

进一步的，在步骤四中，所述监测调整组件获取所述升降组件的高度信息并发送给所述控制组件；

所述控制组件驱动所述升降组件升降并保持所述桁架组件的平衡。

进一步的，在步骤四中，所述出料组件获取出料量的流量信息并发送给所述控制组件；

所述控制组件控制所述桁架组件的移动速度和所述出料组件的出料量。

本发明的有益效果为：

该房屋的3D打印方法包括以下步骤：步骤一，将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包，步骤二，根据三维模型文件的高度方向和/宽度方向的密度分布特征规划打印路径，步骤三，3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件定位到施工起始点位置开始施工，步骤四，按照打印路径进行3D打印，三维精确定位移动技术可保证建筑工程施工末班制作的实现和高精度的控制，三维图形建模与数控技术可使得建筑结构通过该装置实现空间布局和造型的多样化，相比传统的建造方式，能够高效、精准地实现复杂立体模型的造型，减少劳动力，提高施工效率和精度，根据模型计算出所需要的建筑材料使用量，减少浪费，相比传统方式有着很大的提高，具有速度快、精度高、质量好等特点，可大大降低生产成本，提高对原材料和能源的利用率，同时达到绿色环保的目的。

附图说明

图1位本发明提供的一种房屋的3D打印方法的流程示意图；

图2为本发明提供的房屋的3D打印方法中的3D打印机的立体结构示意图；

图3为图2所示的3D打印机的另一方向的立体结构示意图；

图4为图3所示的3D打印机的监测调整组件的示意图。

图标：1-控制组件；2-桁架组件；3-供料组件；4-出料组件；5-驱动组件；6-升降组件；7-旋转组件；8-监测调整组件；61-第一升降件；62-第二升降件；63-第三升降件；64-底座；81-第一监测调整件；82-第二监测调整件；83-第三监测调整件；811-第一固定支架；812-第二固定支架；813-导向杆；814-拉线式位移传感器；815-拉线固定盘；8111-第一抱箍；8112-第二抱箍。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例提供的一种房屋的3D打印方法，包括以下步骤：

步骤一S101，将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包；

步骤二S102，根据三维模型文件的高度方向和/宽度方向的密度分布特征规划打印路径；

步骤三S103，3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件定位到施工起始点位置开始施工；

步骤四S104，按照打印路径进行3D打印。

该房屋的3D打印方法包括以下步骤：步骤一S101，将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包，步骤二S102，根据三维模型文件的高度方向和/宽度方向的密度分布特征规划打印路径，步骤三S103，3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件定位到施工起始点位置开始施工，步骤四S104，按照打印路径进行3D打印，三维精确定位移动技术可保证建筑工程施工末班制作的实现和高精度的控制，三维图形建模与数控技术可使得建筑结构通过该装置实现空间布局和造型的多样化，相比传统的建造方式，能够高效、精准地实现复杂立体模型的造型，减少劳动力，提高施工效率和精度，根据模型计算出所需要的建筑材料使用量，减少浪费，相比传统方式有着很大的提高，具有速度快、精度高、质量好等特点，可大大降低生产成本，提高对原材料和能源的利用率，同时达到绿色环保的目的。

在打印时，接收并读取待加工物品的三维模型文件，三维模型的数据格式多样，例如CAD模型、点云数据模型、STL模型等，此处以STL模型举例说明，进行打印时，将3DMAX、AutoCAD、Solidworks、Maya等三维设计软件转换成STL文件，之后将STL格式的三维模型文件导入到Cura、Repetier Host等软件中以生成3D打印机可执行的gcode代码。

如图1至图4所示，其中，在步骤一S101中，根据三维模型文件的大小和3D打印机的工作范围计算所需的3D打印机的数量；

将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包；

将对应的程序包通过无线传输、有线传输或U盘拷贝传输到3D打印机中。

在该实施例中，由于不同结构和大小的房屋尺寸不同，当一台3D打印机的工作范围不足以覆盖需要建造的房屋时，应计算出所需的3D打印机的数量，将三维模型文件转化为3D打印机可执行的3D打印程序包，将对应的程序包通过无线传输、有线传输或U盘拷贝传输到3D打印机中，使其完成对应的打印工作，多台3D打印机同时工作，弥补了单独一台3D打印机所具有的缺陷，使其能够满足不同类型和大小的房屋的建造要求。

如图1至图4所示，其中，在步骤二S102中，根据三维模型文件的高度方向的密度分布特征规划打印路径的步骤，包括：

根据三维模型文件的高度方向的密度分布特征确定单层切片的高度及层数；

根据单层切片的高度、层数及密度分布特征确定路径参数，以得到打印路径。

进一步的，在步骤二S102中，根据三维模型文件的宽度方向的密度分布特征规划打印路径的步骤，包括：

根据三维模型文件的宽度方向的密度分布特征确定单层切片的高度及层数；

根据单层切片的宽度、层数及密度分布特征确定路径参数，以得到打印路径。

在该实施例中，将三维模型文件沿某一方向离散为一系列的二维层面即单层切片，将相同单层切片堆积在一起得到高度方向，单层切片不同部位具有不用的密度分布特征，将单层切片不同部位进行堆积即为宽度方向，将整体工作分解为单层工作，一层一层叠加完成房屋的建造。

如图1至图4所示，其中，在步骤三S103中，3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件将步骤一S101中计算出的3D打印机定位到施工起始点开始施工。

在该实施例中，将计算出的至少一台3D打印机放置在需要施工的地方，由每台3D打印机负责自己的一部分区域，完成整个房屋的建造。

如图1至图4所示，其中，3D打印机包括控制组件1和与控制组件1通过485控制线分别连接的桁架组件2、供料组件3、出料组件4、驱动组件5、监测调整组件8、升降组件6和旋转组件7；

供料组件3与出料组件4相连接用于向出料组件4输送建筑材料；

出料组件4设置于桁架组件2的一端用于打印房屋时进行下料；

驱动组件5分别与桁架组件2、出料组件4、升降组件6和旋转组件7相连接，用于分别驱动桁架组件2、出料组件4、升降组件6和旋转组件7运动；

升降组件6设置于桁架组件2的下方用于调节桁架组件2的高度；

旋转组件7设置于升降组件6与桁架组件2之间，用于驱动桁架组件2旋转；

桁架组件2用于运送出料组件4至打印位置；

在步骤四S104中，通过升降组件6调整出料组件4的高度；

通过旋转组件7调整出料组件4的角度；

通过桁架组件2调整出料组件4的工作宽度。

在该实施例中，在步骤四S104中，按照打印路径进行3D打印，在打印的过程中，通过升降组件6、旋转组件7和桁架组件2调整出料组件4的高度、角度和工作宽度，使3D打印机能够满足不同建造的需求。

如图1至图4所示，其中，在步骤四S104中，监测调整组件8获取升降组件6的高度信息并发送给控制组件1；

控制组件1驱动升降组件6升降并保持桁架组件2的平衡。

进一步的，升降组件6包括第一升降件61、第二升降件62、第三升降件63和底座64；

第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63间隔均匀设置于底座64内，且与旋转组件7相连接。

监测调整组件8设置于第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63朝向旋转组件7的一侧用于调整第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63之间的高度差。

进一步的，第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63均采用液压缸。

进一步的，监测调整组件8包括第一监测调整件81、第二监测调整件82和第三监测调整件83；

第一监测调整件81设置于第一升降件61朝向旋转组件7的一侧且分别与第一升降件61和旋转组件7相连接；

第二监测调整件82设置于第二升降件62朝向旋转组件7的一侧且分别与第二升降件62和旋转组件7相连接；

第三监测调整件83设置于第三升降件63朝向旋转组件7的一侧且分别与第三升降件63和旋转组件7相连接。

第一监测调整件81、第二监测调整件82和第三监测调整件83分别包括第一固定支架811、第二固定支架812、导向杆813、拉线式位移传感器814和拉线固定盘815；

第一固定支架811包括第一抱箍8111和与第一抱箍8111相扣合连接的第二抱箍8112；

导向杆813和拉线固定盘815分别设置于旋转组件7的底部；

导向杆813穿过第二固定支架812与拉线式位移传感器814相连接；

拉线固定盘815与拉线式位移传感器814的钢丝绳相连接.

在该实施例中，3D打印机将建筑材料一层一层叠加建造出房屋，需要不断加高或下降该装置的高度，因此设置有升降组件6，包括第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63，在底座64上间隔均匀设置，桁架组件2具有延伸的功能，导致桁架组件2的重心会随着桁架组件2的延伸而改变，升降组件6与桁架组件2的连接点保持不变会导致重心偏移出现不稳定的情况，因此设置有监测调整组件8，检测调整组件监控第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63之间的伸出量的高度差，当桁架组件2延伸时，由于长度变化带来的重心改变，需要第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63调整各自的伸出量，以保证桁架组件2的平衡，监测调整组件8监控第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63之间的伸出量的高度差，将高度差信息发送给控制组件1，控制组件1驱动升降组件6升降以保持桁架组件2的平衡，监测调整功能的实现主要是通过拉线式位移传感器814，通过第一抱箍8111和第二抱箍8112将该拉线式位移传感器814与升降件相连接，在旋转组件7的底部设置有拉线固定盘815，拉线固定盘815与拉线式位移传感器814的拉线进行连接，当第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63之间出现高度误差时，拉线式位移传感器814的拉线被拉伸或被压缩，拉线式位移传感器814把机械运动转换成可以计量、记录或传送的电信号，传送回控制组件1，由控制组件1对第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63进行微调，保证第一升降件61、第二升降件62和第三升降件63的统一，为了增强连接的稳定性，在旋转组件7和拉线式位移传感器814之间还设置有导向杆813和第二固定支架812，导向杆813设置于旋转组件7的底部，第二固定支架812的一端与拉线式位移传感器814相连接，另一端上开设有与导向杆813相适配的通孔，导向杆813穿过通孔设置，第一抱箍8111和第二抱箍8112所组成的第一固定支架811从竖直方向上对拉线式位移传感器814进行了位置限定，导向杆813从水平位置上进行了限定，直接提高了该拉线式位移传感器814的精确程度，进一步保证了该3D打印机在施工的过程中的稳定性。

如图1至图4所示，其中，在步骤四S104中，出料组件4获取出料量的流量信息并发送给控制组件1；

控制组件1控制所桁架组件2的移动速度和出料组件4的出料量。

在该实施例中，在出料组件4向外出料时，配合水泥泵站的水泥的存量，在存量多时，加大出料组件4的出料量，在存量较少时，减少出料组件4的出料量，同时减缓出料组件4的升高速度和旋转速度，保证建造的质量。

实施例2

与实施例1不同的是，升降组件6采用塔吊。

进一步的，塔吊的数量可为一个，设置于底座64的中心，与旋转组件7的中心相连接。

进一步的，塔吊的数量可为多个，间隔均匀设置于底座64中，且与旋转组件7相连接。

在该实施例中，利用塔吊作为该装置的升降组件6，可完成对高度要求更高的房屋的建造。

实施例3

本发明还提供了一种房屋建造系统，包括上诉任一实施例中的3D打印机，3D打印机设置为多个，由总控制台控制多台3D打印机之间的工作分配协调。

在该实施例中，不同类型的房屋，如别墅、洋房、高层等，对于房屋的高度和宽度的要求不同，因此，提供一种房屋建造系统，包括多个3D房打印机，根据每一个3D打印机的工作范围，将房屋进行区域划分，使不同的3D打印机负责不同的区域，多个区域进行拼接完成房屋的建设，使该装置不再局限于某一类型的房屋建造，提高建筑工程的机械化施工水平和效率、减少建筑材料与能源消耗。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种房屋的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包；

步骤二，根据所述三维模型文件的高度方向和/宽度方向的密度分布特征规划打印路径；

步骤三，所述3D打印机进入施工现场后，根据所述三维模型文件定位到施工起始点位置开始施工；

步骤四，按照所述打印路径进行3D打印。

2.根据权利要求1所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，在步骤一中，根据三维模型文件的大小和3D打印机的工作范围计算所需的3D打印机的数量；

将房屋设计的三维模型文件转换为3D打印机可执行的3D打印程序包；

将对应的程序包通过无线传输、有线传输或U盘拷贝传输到所述3D打印机中。

3.根据权利要求1所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，在步骤二中，根据所述三维模型文件的高度方向的密度分布特征规划打印路径的步骤，包括：

根据所述三维模型文件的高度方向的密度分布特征确定单层切片的高度及层数；

根据所述单层切片的高度、层数及密度分布特征确定路径参数，以得到所述打印路径。

4.根据权利要求1所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，在步骤二中，根据所述三维模型文件的宽度方向的密度分布特征规划打印路径的步骤，包括：

根据所述三维模型文件的宽度方向的密度分布特征确定单层切片的高度及层数；

根据所述单层切片的宽度、层数及密度分布特征确定路径参数，以得到所述打印路径。

5.根据权利要求1所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，在步骤三中，所述3D打印机进入施工现场后，根据三维模型文件将步骤一中计算出的3D打印机定位到施工起始点开始施工。

6.根据权利要求1所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，所述3D打印机包括控制组件1和与所述控制组件1通过485控制线分别连接的桁架组件、供料组件、出料组件、驱动组件、监测调整组件、升降组件和旋转组件；

所述供料组件与所述出料组件相连接用于向所述出料组件输送建筑材料；

所述出料组件设置于所述桁架组件的一端用于打印房屋时进行下料；

所述驱动组件分别与所述桁架组件、所述出料组件、所述升降组件和所述旋转组件相连接，用于分别驱动所述桁架组件、所述出料组件、所述升降组件和所述旋转组件运动；

所述升降组件设置于所述桁架组件的下方用于调节所述桁架组件的高度；

所述旋转组件设置于所述升降组件与所述桁架组件之间，用于驱动所述桁架组件旋转；

所述桁架组件用于运送所述出料组件至打印位置；

在步骤四中，通过所述升降组件调整所述出料组件的高度；

通过所述旋转组件调整所述出料组件的角度；

通过所述桁架组件调整所述出料组件的工作宽度。

7.根据权利要求6所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，在步骤四中，所述监测调整组件获取所述升降组件的高度信息并发送给所述控制组件；

所述控制组件驱动所述升降组件升降并保持所述桁架组件的平衡。

8.根据权利要求7所述的房屋的3D打印方法，其特征在于，在步骤四中，所述出料组件获取出料量的流量信息并发送给所述控制组件；

所述控制组件控制所述桁架组件的移动速度和所述出料组件的出料量。