CN110107002A - 自由拼接式3d打印墙体构件、3d打印墙体及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自由拼接式3D打印墙体构件、3D打印墙体及制作方法,墙体构件包括匹配于墙面的外层结构和内部桁架支撑,所述外层结构和所述内部桁架支撑采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,且所述外层结构在打印起始部位呈封闭状,所述外层结构在所述打印中止部位呈敞开状,供衔接后一个打印的墙体构件的打印起始部位。该构件采用连续三角形折线的打印路径,使墙体单元可以一笔打印成型,改进了先打印轮廓、后打印内部支撑结构这一打印工序,墙体截面连续打印过程中可以形成自体支撑结构,有效避免了因墙体支撑强度不足导致打印坍塌等问题。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印建筑领域,尤其涉及一种自由拼接式3D打印墙体构件、3D打印墙体及制作方法。
背景技术
目前业内主流的3D打印墙体的方式是先打外边的矩形框,然后打中间的桁架支撑。这种打印方式导致墙体之间的拼接存在问题,会有一个明显的拼缝,不牢靠,也不保温。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在或潜在的不足之处,本发明提供了一种连接性好、可提高墙体整体性的自由拼接式3D打印墙体构件、自由拼接式3D打印墙体以及自由拼接式3D打印墙体制作方法。
本发明的第一方面,提供了一种自由拼接式3D打印墙体构件,所述墙体构件包括匹配于墙面的外层结构和内部桁架支撑,所述外层结构和所述内部桁架支撑采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,且所述外层结构在打印起始部位呈封闭状,所述外层结构在所述打印中止部位呈敞开状,供衔接后一个打印的墙体构件的打印起始部位。
所述墙体构件进一步的改进在于,所述墙体构件在所述打印中止部位设置有供拉结下一个墙体构件的水平加强筋。
所述墙体构件进一步的改进在于,所述连续三角形折线打印路径由多段打印线段构成,且每相邻两段所述打印线段之间均形成有三角形折角。
所述墙体构件进一步的改进在于,多个所述墙体构件在拼接时,后一个打印的所述墙体构件的连续三角形打印路径的第一笔封闭前一个打印的所述墙体构件的中止部位处的敞开状空间。
所述墙体构件进一步的改进在于,多个所述墙体构件呈直线型拼接,且后一个打印的所述墙体构件的起点衔接于前一个打印的所述墙体构件的终点。
所述墙体构件进一步的改进在于,多个所述墙体构件呈转角型拼接,且在转角处,后一个打印的所述墙体构件中连续三角形折线打印路径的第一笔位于所述转角的角平分线上。本发明的第二方面,提供了一种自由拼接式3D打印墙体,其包括多个墙体单元,每个所述墙体单元包括层层垒叠的多个墙体构件。
本发明的第三方面,提供了另一种自由拼接式3D打印墙体,其包括:
第一墙体单元,包括层层垒叠的多个第一墙体构件,每个所述第一墙体构件采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,所述第一墙体构件在打印起始部位呈封闭状且在打印中止部位呈敞开状;
第二墙体单元,包括层层垒叠的多个第二墙体构件,每个所述第二墙体构件采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,所述第二墙体构件在打印起始部位和打印中止部位均呈封闭状,且所述第二墙体构件的打印起始部位衔接于所述第一墙体构件中敞开的打印中止部位中。
所述自由拼接式3D打印墙体进一步的改进在于,所述第一墙体构件和所述第二墙体构件的衔接处设有水平加强筋,并灌注混凝土。
本发明的第四方面,提供了一种自由拼接式3D打印墙体制作方法,其包括步骤:
采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型第一个墙体单元的墙体构件,并逐层打印多个所述墙体构件至完成第一个墙体单元的制作,其中,所述墙体构件在打印起始部位呈封闭状且在打印中止部位呈敞开状;
于制作完成的第一个墙体单元的打印中止部位逐层打印第二个墙体单元的墙体构件,将第二个墙体单元的墙体构件的打印起始部位与第一个墙体单元的墙体构件中敞开的打印中止部位相衔接,完成第二个墙体单元的制作;以及
重复制作多个墙体单元,直至完成墙体制作。
本发明由于采用上述技术方案,使其具有以下有益效果:采用连续三角形折线的打印路径,使墙体构件可以一笔打印成型。改进了先打印轮廓、后打印内部支撑结构这一打印工序,墙体截面连续打印过程中可以形成自体支撑结构,有效避免了因墙体支撑强度不足导致打印坍塌等问题。折线墙体单元端部的敞口式结构,可以使墙体实现自由组合、拼接,满足多种建筑墙体平面布置要求,提高建筑3D打印技术应用的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体构件的平面结构示意图。
图2为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体构件中连续三角形折线打印路径的示意图。
图3为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体构件在直线型拼接形式下的连续三角形折线打印路径的示意图。
图4为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中单个墙体单元的立面结构示意图。
图5为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中两面墙体单元的平面拼接结构示意图。
图6为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中两面墙体单元的立面成型结构示意图。
图7为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中三面墙体单元的平面拼接结构示意图。
图8为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中三面墙体单元的立面成型结构示意图。
图9为本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体的衔接角部加固后的平面结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地说明。
首先参阅图1,显示了本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体构件的平面结构示意图,如图所示,本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体构件由匹配于墙面的外层结构11和内部桁架支撑12构成,相当于传统的矩形框+桁架支撑的形状,但不同在于,本发明中的外层结构11和内部桁架支撑12采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,且外层结构11在打印起始部位呈封闭状,如图1左端所示,外层结构在打印中止部位呈敞开状,如图1右端所示,将打印中止部位设置成敞开状可便于衔接下一个墙体构件的打印起始部位。另外,为加强衔接处的强度,还可以在衔接处设置水平加强筋13和灌注混凝土14,如图5和图6所示。
具体地,参见图2,显示了本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体构件中连续三角形折线打印路径的示意图,如图所示,该连续三角形折线打印路径10由多段打印线段100构成,且每相邻两段打印线段100之间均形成有三角形折角。具体来看,打印顺序参见图2中阿拉伯数字⑴⑵⑶……⑾⑿所标示。其中,在本实施例中,除第一笔与第二笔之间的折角角度为90°之外,其他各段打印线段100之间的三角形折角角度均为45°(该角度大小可取决于墙体实际的宽厚比和受力情况),该连续三角形折线打印路径10中的每三根打印线段100为一组,构成一个等腰三角形形状,并且,将位于墙体两侧墙面上的打印线段100之间按照打印材料的宽度预留一定空隙,保证打印完成的墙体表面平整无缝隙或隆起。
本发明实施例的多个墙体构件在拼接时,后一个打印的墙体构件的连续三角形打印路径的第一笔位于起一个打印的墙体构件的敞开状的中止部位,并封闭前一个打印的墙体构件的中止部位处的敞开状空间。拼接形式大体上可分为两种:
第一种:直线型拼接
如图3所示,图中示出了直线型拼接形式下两个墙体构件的连续三角形折线打印路径的示意图,如图所示,后一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径10的第一笔起点衔接于前一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径10的最后一笔终点,后一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径10的第一笔终点向前一个打印的墙体构件中止部位的敞开状空间的另一端方向打印,从而封闭该敞开状空间。
采用直线型拼接的效果是:可以把长构件分割成很多段小构件来打印,可方便运输和吊装。在一些情况下,直线型拼接方案中的多个墙体构件也可以由多个打印头共同工作,由两端向中间打印。
第二种:转角型拼接
如图5和图7所示,多个墙体构件呈转角型拼接,且在转角处,后一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径的第一笔恰好位于转角的角平分线上,且该第一笔的打印方向为自转角阴角向转角阳角打印。即后一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径的第一笔起点衔接于前一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径的倒数第二笔的起点,该第一笔终点向前一个打印的墙体构件中连续三角形折线打印路径的最后一笔的终点方向打印,并封闭前一个打印的墙体构件中止部位的敞开状空间。采用转角型拼接的效果是:在转角位置,衔接处由一敞开结构和一封闭结构无缝衔接在一起,不会形成拼接缝隙,外形美观且整体性好。
上述实施例中提供了一种方便可行的连续三角形折线打印路径10的打印规则,当然,本发明也不排除其他能够实现一笔打印成型墙体构件的外层结构和内部桁架支撑的形式,如与上述实施例的打印路径截然相反的路径等或其他变形形式,都应为本发明方案所涵盖。
本发明的自由拼接式3D打印墙体构件采用连续三角形折线打印路径,使每个墙体构件可以一笔打印成型。改进了先打印轮廓、后打印内部支撑结构这一打印工序,墙体截面连续打印过程中可以形成自体支撑结构,有效避免了因墙体支撑强度不足导致打印坍塌等问题。折线墙体构件打印中止部位的敞口式结构,可以使墙体实现自由组合、拼接,实现无缝衔接,满足多种建筑墙体平面布置要求,提高建筑3D打印技术应用的灵活性。
再结合图1和图3所示,本发明实施例还提供了一种自由拼接式3D打印墙体,包括多个墙体单元,且每个墙体单元包括层层垒叠的多个上述墙体构件。图3所示为第一个墙体单元21的立面成型结构示意图,其中每一层均为一个墙体构件,每一个墙体构件的起始部位均位于左侧,然后采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型至中止部位,根据墙体高度要求和单层墙体构件的打印材料的宽度,决定打印层数。
当墙体构件的打印中止部位处于墙体转角处时,衔接部位处于相对薄弱部位,所以需要对墙体构件之间的衔接部位设置水平加强筋13、插筋,甚至是灌注混凝土来加强该衔接部位的强度,有效保证墙体结构的整体性和安全性。而且,当打印中止部位位于墙体转角处时,自第二个打印的墙体构件开始,连续三角形折线打印路径的第一笔位于该墙体转角的角平分线上,进一步地,位于该墙体转角角平分线上的该第一笔的打印方向为自该墙体转角的阴角向阳角打印,如图5所示。
再参见图5和图6,图5显示了本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中两面墙体单元的平面拼接结构示意图,图6显示了本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中两面墙体单元的立面成型结构示意图。在该打印墙体中,包含第一个墙体单元21和第二个墙体单元22,两个打印单元由多个墙体构件叠层打印而成,其中每个打印单元均采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,其在打印起始部位呈封闭状,在打印中止部位呈敞开状。在第一个墙体单元21整体打印完成后,在第一个墙体单元21右侧敞开的中止部位开始打印第二个墙体单元22,第二个墙体单元22由下至上逐层打印其墙体构件,并且每隔若干层墙体构件设置一层水平加强筋13,衔接部位处于墙体转角处,水平加强筋13由一根中部弯折的钢筋形成,且水平加强筋13中部的弯折角度与墙体转角角度一致,水平加强筋13直接放置在第二个墙体单元22中打印完成的一层墙体构件上,并随着上层墙体构件的层叠打印被埋在第一个墙体单元21和第二个墙体单元22的衔接角部,等间距设置多层水平加强筋13,以提高衔接角部的强度和整体性。
再参阅图7和图8,图7显示了本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中三面墙体单元的平面拼接结构示意图,图8显示了本发明实施例的自由拼接式3D打印墙体中三面墙体单元的立面成型结构示意图。如图所示,在打印完成第二个墙体单元22后,开始打印第三个墙体单元23,该第三个墙体单元23也由多个墙体构件逐层打印形成,其中每个墙体构件也采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,但不同的是,由于第三个墙体单元的打印中止部位为整个墙体的末端,而且不与第一个打印墙体的打印起始部位相衔接,因此,此时第三个墙体单元23中的墙体构件在其打印起始部位和打印中止部位均呈封闭状,打印起始部位封闭是为了衔接前一个墙体单元,打印中止部位封闭是为了墙体整体结构的完整。在打印时,同样是在前一个,即第二个墙体单元22中敞开的打印中止部位的两端之间开始打印第三个墙体单元23的打印起始部位,并且,在若干层第三个墙体单元23的墙体构件之间设置水平加强筋13来衔接第二个墙体单元22,做法同上,在此不赘。在完成第三个墙体单元23的打印后,得到如图7和图8所示的墙体构造。
进一步地,可以在第一墙体单元21和第二墙体单元22的衔接角部以及第二墙体单元22和第三墙体单元23的衔接角部设置竖向插筋并灌注混凝土14以较强衔接角部的结构强度,如图9所示。此时,由连续三角形折线打印路径打印的墙体单元在衔接角部恰好形成两个三角形区域,可供竖向插筋插设和混凝土浇灌,便于操作且成形效果较佳。由于衔接部位是由一敞开结构和一封闭结构无缝衔接在一起的,不会形成拼接缝隙,外形美观且整体性好。
本发明自由拼接式3D打印墙体构件以及由该墙体构件制作形成的墙体,通过一种连续三角形折线的打印路径,形成带连接结构的矩形墙体构件,并可以实现任意长度的延伸。路径转折处按照打印材料宽度预留一定空隙,保证打印完成的墙体表面平整无缝隙。单个墙体单元,一端为封闭结构,另一端为敞口式结构,用于墙体间拼接、转折。通过分块打印多个墙体单元,可以形成带转角的复杂墙体。墙体拼接处可以设置插筋、灌芯,作为加强构造措施,有效保证墙体结构的整体性和安全性。
需要说明的是,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明做任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案的范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种自由拼接式3D打印墙体构件,其特征在于:所述墙体构件包括匹配于墙面的外层结构和内部桁架支撑,所述外层结构和所述内部桁架支撑采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,且所述外层结构在打印起始部位呈封闭状,所述外层结构在所述打印中止部位呈敞开状,供衔接后一个打印的墙体构件的打印起始部位。
2.如权利要求1所述的自由拼接式3D打印墙体构件,其特征在于:所述墙体构件在所述打印中止部位设置有供拉结下一个墙体构件的水平加强筋。
3.如权利要求1所述的自由拼接式3D打印墙体构件,其特征在于:所述连续三角形折线打印路径由多段打印线段构成,且每相邻两段所述打印线段之间均形成有三角形折角。
4.如权利要求1所述的自由拼接式3D打印墙体构件,其特征在于:多个所述墙体构件在拼接时,后一个打印的所述墙体构件的连续三角形打印路径的第一笔封闭前一个打印的所述墙体构件的中止部位处的敞开状空间。
5.如权利要求4所述的自由拼接式3D打印墙体构件,其特征在于:多个所述墙体构件呈直线型拼接,且后一个打印的所述墙体构件的起点衔接于前一个打印的所述墙体构件的终点。
6.如权利要求4所述的自由拼接式3D打印墙体构件,其特征在于:多个所述墙体构件呈转角型拼接,且在转角处,后一个打印的所述墙体构件中连续三角形折线打印路径的第一笔位于所述转角的角平分线上。
7.一种自由拼接式3D打印墙体,其特征在于:包括多个墙体单元,每个所述墙体单元包括层层垒叠的多个如权利要求1~6中任一项所述的墙体构件。
8.一种自由拼接式3D打印墙体,其特征在于,包括:
第一墙体单元,包括层层垒叠的多个第一墙体构件,每个所述第一墙体构件采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,所述第一墙体构件在打印起始部位呈封闭状且在打印中止部位呈敞开状;
第二墙体单元,包括层层垒叠的多个第二墙体构件,每个所述第二墙体构件采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型,所述第二墙体构件在打印起始部位和打印中止部位均呈封闭状,且所述第二墙体构件的打印起始部位衔接于所述第一墙体构件中敞开的打印中止部位中。
9.如权利要求8所述的自由拼接式3D打印墙体,其特征在于:所述第一墙体构件和所述第二墙体构件的衔接处设有水平加强筋,并灌注混凝土。
10.一种自由拼接式3D打印墙体制作方法,其特征在于,包括步骤:
采用连续三角形折线打印路径一笔打印成型第一个墙体单元的墙体构件,并逐层打印多个所述墙体构件至完成第一个墙体单元的制作,其中,所述墙体构件在打印起始部位呈封闭状且在打印中止部位呈敞开状;
于制作完成的第一个墙体单元的打印中止部位逐层打印第二个墙体单元的墙体构件,将第二个墙体单元的墙体构件的打印起始部位与第一个墙体单元的墙体构件中敞开的打印中止部位相衔接,完成第二个墙体单元的制作;以及
重复制作多个墙体单元,直至完成墙体制作。
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