CN110421681B - 行走式建筑3d打印工艺控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行走式建筑3D打印工艺控制方法，包括如下步骤：提供一自动配料装置，依据打印材料的配比进行打印材料的制备；提供一泵送装置，将打印材料泵送至送料器内；提供一麦轮式行走小车，利用麦轮式行走小车带动机械手及送料器进行移动；于作业面上划出行走路线，并于行走路线上间隔地布设标识码；扫描对应的标识码获取行走坐标及行走方向进而带动机械手进行移动，同时进行打印作业。本发明采用自动配料装置实现自动制备打印材料，实现无人化供料，降低劳动强度，减小环境污染。麦轮式行走小车提高3D打印的定位精度，且可任意角度的侧移，运行平稳可靠，无需设置拐弯半径。

Description

行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工工程领域，特指一种行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法。

背景技术

建筑物在空间尺度上往往需要具有一定的体量，比如常规建筑物的单层高度在3m左右，因此用于建筑物现场打印的3D打印设备需要具备覆盖较大工作范围的能力。

目前建筑3D打印设备可分为两种类型：大型机架结构和小型机械臂结构。

如采用大型机架结构，需要将其置于建筑物打印区域的外侧，以覆盖建筑打印区域范围进行打印作业。被打印建筑的尺寸往往受到机架结构尺寸的限制，并且大型机架结构存在体型庞大，灵活性低，拆装不便等问题。

如采用小型机械臂结构，需要配置移动式底座、使打印设备多次移动以覆盖建筑打印区域范围进行打印作业，但是在狭小房间、墙角等位置会使设备移动明显受限、进而影响设备的应用范围。

另外，建筑3D打印使用的打印材料多是水泥砂浆，通常水泥砂浆采用人工现场拌制，其劳动强度较大，且容易产生扬尘，造成环境污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法，解决现有的建筑3D打印存在的传统机架结构体型庞大、灵活性低、拆装不便以及普通移动时机械臂结构在狭小空间移动受限、应用不便的问题和现场人工拌制打印材料劳动强度大、易造成环境污染以及移动控制复杂，精度较低等的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种行走式建筑3D打印工艺控制方法，包括如下步骤：

提供一自动配料装置，利用所述自动配料装置依据打印材料的配比进行打印材料的制备；

提供一麦轮式行走小车、一机械手以及一升降平台，将所述升降平台固设于所述麦轮式行走小车上，将所述机械手固设于所述升降平台上；

提供一送料器，将所述送料器固设于所述机械手的末端；

提供一泵送装置，将所述泵送装置连接所述自动配料装置和所述送料器，通过所述泵送装置将所述自动配料装置制备的打印材料泵送至所述送料器内；

于作业面上划出行走路线，并于所述行走路线上间隔地布设标识码；以及

通过扫描对应的标识码获取行走坐标及行走方向，进而依据所获取的行走坐标及行走方向控制所述麦轮式行走小车移动并带动所述机械手进行移动，同时所述机械手在移动的过程中通过所述送料器进行打印作业。

本发明的行走式建筑3D打印工艺控制方法采用自动配料装置实现自动制备打印材料，实现无人化供料，降低劳动强度，减小环境污染。利用麦轮式行走小车提高打印作业的定位精度，且可任意角度的侧移，运行平稳可靠，无需设置拐弯半径；利用机械手实现多维度打印需求，体型小巧，灵活性高，可适用于狭小的作业空间，施工方便。采用划定行走路线并设置标识码的方式控制麦轮式行走小车的移动行走，能够提高3D打印机的移动行走精度，进而提高打印质量。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制方法的进一步改进在于，提供一自动配料装置，利用所述自动配料装置依据打印材料的配比进行打印材料的制备的步骤包括：

提供多个配料罐，为每一配料罐装设一控制阀；

向对应的配料罐内装入所述打印材料中对应的组分物料；

提供一搅拌罐，将每一配料罐与所述搅拌罐连通；

依据各组分物料的配比设定对应的控制阀的监控值，所述控制阀依据对应的监控值控制各配料罐内的组分物料进入所述搅拌罐内的量；

通过所述搅拌罐搅拌其内的各组分物料以形成打印材料。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制方法的进一步改进在于，还包括：

打印过程中，实时监测所述送料器内的物料液面位置形成料位信息；

判断所获得的料位信息是否达到设定最低位，若是则控制所述泵送装置向所述送料器内进行送料至所述料位信息达到设定最高位。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制方法的进一步改进在于，还包括：

于所述麦轮式行走小车的四周装设柔性围挡，所述柔性围挡的底部与作业面相接触。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制方法的进一步改进在于，还包括：在完成一定高度范围的打印作业之后，通过所述升降平台抬升所述机械手以进行下一高度范围的打印作业。

本发明还提供了一种行走式建筑3D打印工艺控制系统，包括：

自动配料装置，用于依据打印材料的配比进行打印材料的制备；

麦轮式行走小车；

固设于所述麦轮式行走小车之上的升降平台；

固设于所述升降平台之上的机械手，所述机械手的末端固设有一送料器；

泵送装置，与所述自动配料装置和所述送料器连接，用于将所述自动配料装置制备的打印材料泵送至所述送料器内；

布设于作业面上并沿行走路线间隔设置的标识码；以及

控制单元，与所述自动配料装置、所述泵送装置、所述麦轮式行走小车、所述升降平台以及所述机械手连接，所述控制单元扫描所述标识码并获取行走坐标以及行走方向，进而依据所获取的行走坐标以及行走方向控制所述麦轮式行走小车移动并带动所述机械手进行移动，同时控制所述机械手和所述送料器在移动的过程中进行打印作业。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统的进一步改进在于，所述自动配料装置包括多个配料罐和一搅拌罐，所述搅拌罐与各配料罐连通；

对应的配料罐内装设有所述打印材料对应的组分物料，每一配料罐上装设有一控制阀；

所述控制阀与所述控制单元连接，所述控制单元用于依据各组分物料的配比设定对应的控制阀的监控值，所述控制阀依据对应的监控值控制各配料罐内的组分物料进入所述搅拌罐内的量；

所述搅拌罐搅拌其内的各组分物料以形成打印材料。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统的进一步改进在于，还包括与所述控制单元连接的监测模块；

所述监测模块用于在打印过程中实时监测所述送料器内的物料液面位置形成料位信息；

所述控制单元用于判断所述监测模块获得的料位信息是否达到设定最低位，若是则控制所述泵送装置向所述送料器内进行送料至所述料位信息达到设定最高位。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统的进一步改进在于，还包括装设于所述麦轮式行走小车四周的柔性围挡，所述柔性围挡的底部与作业面相接触。

本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统的进一步改进在于，所述控制单元还用于在完成一定高度范围的打印作业之后，通过所述升降平台抬升所述机械手以进行下一高度范围的打印作业。

附图说明

图1为本发明行走式建筑3D打印工艺控制方法的流程图。

图2为本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统的系统图。

图3为本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法中第一层楼层的行走路线示意图。

图4为本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法中其余楼层的行走路线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法，采用了自动称量、自动配料的自动配料装置，实现粉料称量、配料、搅拌环节的智能化，实现全自动，无人化供料，降低劳动强度，减少环境污染。采用麦轮式行走小车带动机械手进行移动，可实现平面内任意方向的智能化移动，无需设置拐弯半径，定位精度高，可任意角度的侧移、运行平稳可靠。机械手采用6轴机械手，可满足多维度的打印需求，实现曲面、多维立体的打印效果，且体型小巧，灵活性高，适用于狭小的打印作业空间，施工效率高。下面结合附图对本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统及方法进行说明。

参阅图2，显示了本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统的系统图。下面结合图2，对本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统进行说明。

如图2所示，本发明的建筑3D打印机工艺控制系统包括自动配料装置21、泵送装置22、麦轮式行走小车25、升降平台、机械手以及控制单元23，自动配料装置21用于依据打印材料的配比进行打印材料的制备，实现自动制备打印材料供给3D打印机，省去了人工制备的步骤，能够降低劳动强度，并且减少环境污染。升降平台固设于麦轮式行走小车25之上，机械手固设于升降平台之上，在机械手的末端固设有一送料器，从而利用麦轮式行走小车25、升降平台、机械手以及送料器组成了一个3D打印设备，该3D打印设备通过麦轮式行走小车25实现在水平面内平稳的移动，通过升降平台实现竖直面内的平稳的升降，通过机械手可实现一定范围内的多维度灵活移动调节，可实现曲面、多维立体的打印作业。泵送装置22与自动配料装置21和送料器连接，泵送装置22用于将自动配料装置21制备的打印材料泵送至送料器内，实现为送料器进行自动供料。结合图3所示，在打印构件32的设置位置处画出行走路线26，沿着行走路线26间隔布设有标识码，利用标识码来指挥麦轮式行走小车25进行移动。控制单元23与自动配料装置21、泵送装置22、升降平台、机械手以及麦轮式行走小车25连接，控制单元23扫描标识码并获取行走坐标以及行走方向，进而依据所获取的行走坐标以及行走方向控制麦轮式行走小车25移动并带动机械手进行移动，同时控制单元23控制机械手和送料器在移动的过程中进行打印作业，也即制作打印构件32。

本发明利用麦轮式行走小车、升降平台、机械手以及送料器组装成的3D打印设备，相对于现有的大型机架式3D打印机和普通移动式底座机械臂3D打印机，体型更小巧，行动更灵活，可更好的适用于狭小房间、墙角等位置的打印作业。

在一种具体实施方式中，自动配料装置21包括多个配料罐211和一个搅拌罐213，搅拌罐213与各配料罐211连通，使得各配料罐211内的物料可进入到搅拌罐213内进行搅拌。对应的配料罐211内装设有打印材料对应的组分物料，每一配料罐211上装设有一控制阀212，各配料罐211内所盛装的组分物料不同，利用设置的控制阀212来控制组分物料加入到搅拌罐213内的量。控制阀212与控制单元23连接，控制单元23用于依据各组分物料的配比设定对应的控制阀212的监控值，控制阀212根据对应的监控值控制各配料罐211内的组分物料进入搅拌罐213内的量，搅拌罐213搅拌其内的各组分物料以形成打印材料。

具体地，打印材料包括多种组分物料，比如水泥、砂、柔性纤维、外加剂和水等。每一种物料都需要按照一定的比重进行配料，不同比例的配料会决定打印材料的强度等级及性能，因此对材料的承重要严格要求。采用控制阀自动化、智能化的控制组分物料的加入量，能够准确的保证打印材料的配比，从而保证打印材料成型后的各种性能参数符合设计要求。

将每一种组分物料装到一个对应的配料罐内，各配料罐上的控制阀212安装在物料输送管上，控制阀212用于控制物料输送管的通断以实现控制组分物料加入搅拌罐213内的量。控制阀212控制组分物料输送的起/停，并测量输送的流量，从而确定输送的该组分物料的重量，当达到设定的监控值时，控制阀212自动停止该组分物料的供料，从而保证了搅拌罐213内的各组分物料的比重符合设计要求。在所有的控制阀212都停止供料后，搅拌罐213进行搅拌操作，将其内的各组分物料搅拌均匀以形成打印材料。

在一种具体实施方式中，控制单元23包括有供料控制模块231，该供料控制模块231与各配料罐211上的控制阀212控制连接，还与搅拌罐213的搅拌电机控制连接，供料控制模块231用于实现控制各控制阀212的启停以实现控制各组分物料的输送，还用于控制搅拌电机的启停以实现控制打印材料的拌制。

供料控制模块231内预设有打印材料的各组分物料的比重，依据该比重控制对应的控制阀的运行。较佳地，各组分物料的比重可进行手动修改，即根据新的打印材料的新配比修改供料控制模块231内各组分物料的比重，从而使得自动配料装置21能够适应各种工况的打印材料的配置。

在一种具体实施方式中，本发明的行走式建筑3D打印工艺控制系统还包括与控制单元连接的监测模块；该监测模块用于在3D打印过程中实时监测送料器内的物料液面位置形成料位信息；控制单元23用于判断监测模块获得的料位信息是否达到设定最低位，若是则控制泵送装置22向送料器内进行送料至料位信息达到设定最高位。

较佳地，监测模块为安装在送料器内的料位传感器，用于实时监测送料器内打印材料的液面位置，形成料位信息。该料位传感器与控制单元23通信连接，实时地将料位信息发送给控制单元23。

控制单元23还包括打印控制模块232，该打印控制模块232与泵送装置22、麦轮式行走小车25、升降平台、机械手以及送料器控制连接，用于实现控制泵送装置22、麦轮式行走小车25、升降平台、机械手以及送料器的运行。打印控制模块232接收监测模块发送的料位信息，进而判断料位信息是否达到设定最低位，若是则控制泵送装置22向送料器内进行送料至料位信息达到设定最高位。其中的设定最低位和设定最高位通过试验获得。具体为：利用3D打印设备进行多组打印试验，在每组打印试验中，通过调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度以使得打印线条的实际宽度在线条的设计宽度的允许范围内；获取每组打印试验中发生出料不均匀且打印线条的实际宽度超出线条的设计宽度的允许范围时，3D打印设备的送料器内对应的物料液面的低位信息；利用多组物料液面的低位信息计算得出平均值并将其作为设定最低位。进一步还包括：每组打印试验中，向3D打印设备的送料器内进行送料，并实时监测送料器内的物料液面位置；获取每组打印试验中，发生打印线条的实际宽度无法调节至所允许范围内时或3D打印设备的负载率超过设定范围时，送料器内对应的物料液面的高位信息；利用多组物料液面的高位信息计算得出平均值并将其作为设定最高位。

进一步地，还包括采集模块和计算模块，采集模块和计算模块均与打印控制模块232连接，采集模块用于在3D打印过程中实时获取打印线条的实际宽度；计算模块用于依据线条的设计宽度计算得出所获取的打印线条的实际宽度与线条的设计宽度的差值；打印控制模块232还用于在送料的过程中，判断差值是否在允许范围内，在判断差值超处允许范围时，控制调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度以使差值在允许范围内。

在控制调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度时，进一步判断差值，在判断差值大于所述允许范围的正值时(如大于+1mm)，此时表明打印线条的实际宽度大于线条的设计宽度，打印控制模块232控制减小3D打印设备上螺旋杆的旋转速度和/或增大3D打印设备的行走速度以减小打印线条的宽度；在判断差值小于所述允许范围的负值时(如小于-1mm)，此时表明打印线条的实际宽度小于线条的设计宽度，打印控制模块232控制增大3D打印设备上螺旋杆的旋转速度和/或减小3D打印设备的行走速度以增加打印线条的宽度。

具体地，3D打印设备上的螺旋杆通过旋转而实现出料，且螺旋杆的旋转速度与出料量有一定的关系，在3D打印设备的行走速度不变时，螺旋杆的旋转速度加快，打印线条的宽度会变大，反之就会变小；在螺旋杆的旋转速度不变时，3D打印设备的行走速度加快，打印线条的宽度会变小，反之就会变大。故，在差值为正，线条的实际宽度大于设计宽度时，通过减小螺旋杆的旋转速度，就会令线条的宽度变小，从而接近于设计宽度；还可以通过增大3D打印设备的行走速度，这样也会使得线条的宽度变小而接近于设计宽度；还可以同时配合调节行走速度和旋转速度，减小螺旋杆的旋转速度同时也增大3D打印设备的行走速度，从而减小线条的宽度而使其接近于设计宽度。

较佳地，打印控制模块232调节螺旋杆的旋转速度和3D打印设备的行走速度时，进行快速、无级微调，调节后通过下一时刻的实际宽度形成的差值来判断是否需要继续调节，当差值在允许范围内后，就保持速度不变。具体调节过程为：在打印作业过程中，采集到的当前的打印线条的实际宽度大于设计宽度，且超出了允许的范围，依据差值的大小进行调节比例的设定，通过调节比例换算出对应的速度值，可以是螺旋杆的旋转速度，还可以是行走速度或者是旋转速度和行走速度，而后依据速度值去控制螺旋杆和麦轮式行走小车的驱动机构，在调节后，参考下一时刻的差值，若差值在允许的范围内了，就保持该调整后的速度进行作业。若差值仍未在允许的范围内，继续通过上述方式进行调节，直至差值在允许的范围内。

在一种具体实施方式中，本发明行走式建筑3D打印工艺控制系统还包括装设于麦轮式行走小车25四周的柔性围挡，柔性围挡的底部与作业面相接触。较佳地，柔性围挡为橡胶围挡，或者是塑料毛刷，利用柔性围挡将麦轮式行走小车25的行走轮围挡起来，避免3D打印机打印作业中打印材料溅到行走轮上。柔性围挡起到了保护行走轮的作用，避免打印材料黏附在行走轮上，保证了行走轮的洁净度、运行稳定性以及定位精度。柔性围挡与作业面相接触，还起到了清扫、排除作业面上的灰尘或颗粒物，进一步提高行走轮行走的稳定性。其中的作业面为地面、楼面或其他承载面。

在一种具体实施方式中，通过升降平台调节机械手的打印高度，控制单元23用于在完成一定高度范围的打印作业之后，通过升降平台抬升机械手以进行下一高度范围的打印作业。具体地，升降平台负责提升、降低机械手的打印高度，升降平台通过丝杆机构或齿轮齿条传递机构实现带动机械手提升或下降，以满足打印需求。

进一步地，机械手为6轴机械手，该6轴机械手的末端连接送料器。利用6轴机械手实现多维度的打印需求，满足曲面、多维立体的打印。

在一种具体实施方式中，如图3和图4所示，在打印构件32的设置位置处画出行走路线26，并在行走路线26上间隔设置标识码，该标识码较佳为二维码，在麦轮式行走小车25上安装有读码器，利用读码器扫描二维码并获取二维码内的行走坐标以及行走方向，将行走坐标及行走方向发送给打印控制模块232，进而打印控制模块232控制麦轮式行走小车25沿着行走路线26进行移动，同时机械手及送料器进行打印作业以形成打印构件32。

进一步地，由于麦轮式行走小车、升降平台以及机械手的体积较小，结合图3和图4所示，设计的行走路线26打印建筑物的第一楼层结构时，行走路线26设于建筑物的外围，对于建筑物内的结构墙，行走路线26设于结构墙的旁侧；打印建筑物的第二楼层及以上结构层时，行走路线26设于结构墙的内侧，也即下一楼层的楼板作为麦轮式行走小车的承载面，麦轮式行走小车在下一楼层的楼板上进行移动。图3和图4中右上角的房间面积相对狭小，利用麦轮式行走小车的侧移功能，打印设备无需转体、可以轻松移动至打印区域内。因此，采用麦轮式行走小车作为移动式建筑3D打印设备的底座后，在打印路径规划中不需要考虑设备整体的转弯半径。只要被打印房间的进深、开间尺寸略大于小车底盘尺寸，即可进行打印。对于单个矩形房间，设备可以完成三面墙体的打印后，利用侧移功能移出该房间，进行最后一面墙体的打印，如图4右上角房间的打印路径所示。建筑物房间的平面一般为多个矩形的拼接组合，根据这一思路，即可规划出全部房间的打印路径。更进一步，设备移出房间的路径可以优先考虑门洞等位置。

基于麦轮式行走小车的移动优势，提供一种行走式打印建筑的设备行走路径规划思路。

在一种具体实施方式中，将3D打印模型导入到建筑打印切片软件中进行转化，生成打印路由程序，将该程序输入到控制单元232内，根据打印路由自动控制机械手及送料器的打印工作。根据打印构件32的大小，可选择设置多个3D打印设备，实现多个打印设备进行协同打印。图2所示的实例中设置了两个3D打印设备，分别包括麦轮式行走小车25和麦轮式行走小车25＇，在麦轮式行走小车25和麦轮式行走小车25＇之上分别固设有升降平台、机械手以及送料器，一个送料器与泵送装置22连接，另一个送料器与泵送装置22＇连接，通过泵送装置22，22＇为对应的3D打印设备进行自动供料。

较佳地，3D打印设备的打印方式可为定点打印，也可为边走边打印。定点打印为：小车间断性移动，移动到规划坐标点后，停止并通过固定装置固定住小车所在位置，然后机械手带动端部送料器进行挤出式打印。为边走边打印为小车一边行走，机械手同时带动端部送料器进行打印。

在一种具体实施方式中，还包括冲洗模块24，该冲洗模块24与搅拌罐213和泵送装置22连接，冲洗模块24用于实现对搅拌罐213和泵送装置22的冲洗，实现设备的及时清理。冲洗模块24采用高压水系统自动加压、调压，及时清理设备及管道内残余的打印材料，避免清理不及时导致设备或管道损伤。

下面对本发明的行走式建筑3D打印工艺控制方法进行说明。

本发明的一种行走式建筑3D打印工艺控制方法，包括如下步骤：

如图1所示，执行步骤S11，提供一自动配料装置，利用自动配料装置依据打印材料的配比进行打印材料的制备；接着执行步骤S12；

执行步骤S12，提供一麦轮式行走小车、一机械手以及一升降平台，将升降平台固设于麦轮式行走小车上，将机械手固设于升降平台上；接着执行步骤S13；

执行步骤S13，提供一送料器，将送料器固设于机械手的末端；接着执行步骤S14；

执行步骤S14，提供一泵送装置，将泵送装置连接自动配料装置和3D打印机的送料器，通过泵送装置将自动配料装置制备的打印材料泵送至送料器内；接着执行步骤S15；

执行步骤S15，于作业面上划出行走路线，并于行走路线上间隔地布设标识码；接着执行步骤S16；

接着执行步骤S16，通过扫描对应的标识码获取行走坐标及行走方向，进而依据所获取的行走坐标及行走方向控制麦轮式行走小车移动带动3D打印机进行移动，同时3D打印机在移动的过程中进行打印作业。

本发明的行走式建筑3D打印工艺控制方法采用自动配料装置实现自动制备打印材料，实现无人化供料，降低劳动强度，减小环境污染。利用麦轮式行走小车提高3D打印机的定位精度，且可任意角度的侧移，运行平稳可靠，无需设置拐弯半径。采用划定行走路线并设置标识码的方式控制麦轮式行走小车的移动行走，能够提高3D打印机的移动行走精度，进而提高打印质量。

在一种具体实施方式中，提供一自动配料装置，利用自动配料装置依据打印材料的配比进行打印材料的制备的步骤包括：

如图2所示，提供多个配料罐211，为每一配料罐211装设一控制阀212；

向对应的配料罐211内装入打印材料中对应的组分物料；

提供一搅拌罐213，将每一配料罐211与搅拌罐213连通；

依据各组分物料的配比设定对应的控制阀212的监控值，控制阀212依据对应的监控值控制各配料罐内的组分物料进入搅拌罐内的量；

通过搅拌罐213搅拌其内的各组分物料以形成打印材料。

具体地，将每一种组分物料装到一个对应的配料罐内，各配料罐上的控制阀212安装在物料输送管上，控制阀212用于控制物料输送管的通断以实现控制组分物料加入搅拌罐213内的量。控制阀212控制组分物料输送的起/停，并测量输送的流量，从而确定输送的该组分物料的重量，当达到设定的监控值时，控制阀212自动停止该组分物料的供料，从而保证了搅拌罐213内的各组分物料的比重符合设计要求。在所有的控制阀212都停止供料后，搅拌罐213进行搅拌操作，将其内的各组分物料搅拌均匀以形成打印材料。

在一种具体实施方式中，还包括：3D打印过程中，实时监测送料器内的物料液面位置形成料位信息；判断所获得的料位信息是否达到设定最低位，若是则控制泵送装置22向送料器内进行送料至料位信息达到设定最高位。

较佳地，通过安装在送料器内的料位传感器，实时监测送料器内打印材料的液面位置，形成料位信息。送料器的驱动电机采用伺服电机或变频电机，打印材料输送装置采用变频驱动，从而实现出料速度和供料速度的无级调速，可有效地确保打印质量及成型效果。

其中的设定最低位和设定最高位通过试验获得。具体为：利用3D打印设备进行多组打印试验，在每组打印试验中，通过调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度以使得打印线条的实际宽度在线条的设计宽度的允许范围内；获取每组打印试验中发生出料不均匀且打印线条的实际宽度超出线条的设计宽度的允许范围时，3D打印设备的送料器内对应的物料液面的低位信息；利用多组物料液面的低位信息计算得出平均值并将其作为设定最低位。进一步地，还包括：每组打印试验中，向3D打印设备的送料器内进行送料，并实时监测送料器内的物料液面位置；获取每组打印试验中，发生打印线条的实际宽度无法调节至所允许范围内时或3D打印设备的负载率超过设定范围时，送料器内对应的物料液面的高位信息；利用多组物料液面的高位信息计算得出平均值并将其作为设定最高位。

进一步地，还包括：在送料的过程中，实时获取打印线条的实际宽度，并依据线条的设计宽度计算出所获取的打印线条的实际宽度与线条的设计宽度的差值；判断计算得出的差值是否在允许范围内，若否，则调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度以使差值在允许范围内。其中的允许范围依据设计误差来选定，较佳地可将允许范围设定在±1mm之间。

调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度的步骤，包括：在差值大于所述允许范围的正值时，减小3D打印设备上螺旋杆的旋转速度和/或增大3D打印设备的行走速度以减小打印线条的宽度；在差值小于所述允许范围的负值时，增大3D打印设备上螺旋杆的旋转速度和/或减小3D打印设备的行走速度以增加打印线条的宽度。

具体地，3D打印设备上的螺旋杆通过旋转而实现出料，且螺旋杆的旋转速度与出料量有一定的关系，在3D打印设备的行走速度不变时，螺旋杆的旋转速度加快，打印线条的宽度会变大，反之就会变小；在螺旋杆的旋转速度不变时，3D打印设备的行走速度加快，打印线条的宽度会变小，反之就会变大。故，在差值为正，线条的实际宽度大于设计宽度时，通过减小螺旋杆的旋转速度，就会令线条的宽度变小，从而接近于设计宽度；还可以通过增大3D打印设备的行走速度，这样也会使得线条的宽度变小而接近于设计宽度；还可以同时配合调节行走速度和旋转速度，减小螺旋杆的旋转速度同时也增大3D打印设备的行走速度，从而减小线条的宽度而使其接近于设计宽度。

较佳地，调节螺旋杆的旋转速度和3D打印机设备的行走速度时，进行快速、无级微调，调节后通过下一时刻的实际宽度形成的差值来判断是否需要继续调节，当差值在允许范围内后，就保持速度不变。

在一种具体实施方式中，还包括：于麦轮式行走小车25的四周装设柔性围挡，柔性围挡的底部与作业面相接触。较佳地，柔性围挡为橡胶围挡，或者是塑料毛刷，利用柔性围挡将麦轮式行走小车25的行走轮围挡起来，避免3D打印机打印作业中打印材料溅到行走轮上。柔性围挡起到了保护行走轮的作用，避免打印材料黏附在行走轮上，保证了行走轮的洁净度、运行稳定性以及定位精度。柔性围挡与作业面相接触，还起到了清扫、排除作业面上的灰尘或颗粒物，进一步提高行走轮行走的稳定性。其中的作业面为地面、楼面或其他承载面。

在一种具体实施方式中，还包括：在完成一定高度范围的打印作业之后，通过升降平台抬升机械手以进行下一高度范围的打印作业。

利用升降平台调节机械手的打印高度。具体地，升降平台负责提升、降低机械手的打印高度，升降平台通过丝杆机构或齿轮齿条传递机构实现带动机械手提升或下降，以满足打印需求。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种行走式建筑3D打印工艺控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一自动配料装置，利用所述自动配料装置依据打印材料的配比进行打印材料的制备；

提供一麦轮式行走小车、一机械手以及一升降平台，将所述升降平台固设于所述麦轮式行走小车上，将所述机械手固设于所述升降平台上；

提供一送料器，将所述送料器固设于所述机械手的末端；

提供一泵送装置，将所述泵送装置连接所述自动配料装置和所述送料器，通过所述泵送装置将所述自动配料装置制备的打印材料泵送至所述送料器内；

于作业面上划出行走路线，并于所述行走路线上间隔地布设标识码；以及

在所述麦轮式行走小车上安装有读码器，利用所述读码器扫描对应的标识码获取行走坐标及行走方向，进而依据所获取的行走坐标及行走方向控制所述麦轮式行走小车移动并带动所述机械手进行移动，同时所述机械手在移动的过程中通过所述送料器进行打印作业；

还包括：

打印过程中，实时监测所述送料器内的物料液面位置形成料位信息；

判断所获得的料位信息是否达到设定最低位，若是则控制所述泵送装置向所述送料器内进行送料至所述料位信息达到设定最高位；

利用3D打印设备进行多组打印试验，在每组打印试验中，通过调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度以使得打印线条的实际宽度在线条的设计宽度的允许范围内；

获取每组打印试验中发生出料不均匀且打印线条的实际宽度超出线条的设计宽度的允许范围时，3D打印设备的送料器内对应的物料液面的低位信息；利用多组物料液面的低位信息计算得出平均值并将其作为设定最低位；

每组打印试验中，向3D打印设备的送料器内进行送料，并实时监测送料器内的物料液面位置；获取每组打印试验中，发生打印线条的实际宽度无法调节至所允许范围内时或3D打印设备的负载率超过设定范围时，送料器内对应的物料液面的高位信息；利用多组物料液面的高位信息计算得出平均值并将其作为设定最高位。

2.如权利要求1所述的行走式建筑3D打印工艺控制方法，其特征在于，提供一自动配料装置，利用所述自动配料装置依据打印材料的配比进行打印材料的制备的步骤包括：

提供多个配料罐，为每一配料罐装设一控制阀；

向对应的配料罐内装入所述打印材料中对应的组分物料；

提供一搅拌罐，将每一配料罐与所述搅拌罐连通；

依据各组分物料的配比设定对应的控制阀的监控值，所述控制阀依据对应的监控值控制各配料罐内的组分物料进入所述搅拌罐内的量；

通过所述搅拌罐搅拌其内的各组分物料以形成打印材料。

3.如权利要求1所述的行走式建筑3D打印工艺控制方法，其特征在于，还包括：

于所述麦轮式行走小车的四周装设柔性围挡，所述柔性围挡的底部与作业面相接触。

4.如权利要求1所述的行走式建筑3D打印工艺控制方法，其特征在于，还包括：

在完成一定高度范围的打印作业之后，通过所述升降平台抬升所述机械手以进行下一高度范围的打印作业。

5.一种行走式建筑3D打印工艺控制系统，其特征在于，包括：

自动配料装置，用于依据打印材料的配比进行打印材料的制备；

麦轮式行走小车；

固设于所述麦轮式行走小车之上的升降平台；

固设于所述升降平台之上的机械手，所述机械手的末端固设有一送料器；

泵送装置，与所述自动配料装置和所述送料器连接，用于将所述自动配料装置制备的打印材料泵送至所述送料器内；

布设于作业面上并沿行走路线间隔设置的标识码；以及

控制单元，与所述自动配料装置、所述泵送装置、所述麦轮式行走小车、所述升降平台以及所述机械手连接，在所述麦轮式行走小车上安装有读码器，所述控制单元利用所述读码器扫描所述标识码并获取行走坐标以及行走方向，进而依据所获取的行走坐标以及行走方向控制所述麦轮式行走小车移动并带动所述机械手进行移动，同时控制所述机械手和所述送料器在移动的过程中进行打印作业；

还包括与所述控制单元连接的监测模块；

所述监测模块用于在打印过程中实时监测所述送料器内的物料液面位置形成料位信息；

所述控制单元用于判断所述监测模块获得的料位信息是否达到设定最低位，若是则控制所述泵送装置向所述送料器内进行送料至所述料位信息达到设定最高位；

利用3D打印设备进行多组打印试验，在每组打印试验中，通过调节3D打印设备的行走速度和/或出料速度以使得打印线条的实际宽度在线条的设计宽度的允许范围内；

获取每组打印试验中发生出料不均匀且打印线条的实际宽度超出线条的设计宽度的允许范围时，3D打印设备的送料器内对应的物料液面的低位信息；利用多组物料液面的低位信息计算得出平均值并将其作为设定最低位；

每组打印试验中，向3D打印设备的送料器内进行送料，并实时监测送料器内的物料液面位置；获取每组打印试验中，发生打印线条的实际宽度无法调节至所允许范围内时或3D打印设备的负载率超过设定范围时，送料器内对应的物料液面的高位信息；利用多组物料液面的高位信息计算得出平均值并将其作为设定最高位。

6.如权利要求5所述的行走式建筑3D打印工艺控制系统，其特征在于，所述自动配料装置包括多个配料罐和一搅拌罐，所述搅拌罐与各配料罐连通；

对应的配料罐内装设有所述打印材料对应的组分物料，每一配料罐上装设有一控制阀；

所述控制阀与所述控制单元连接，所述控制单元用于依据各组分物料的配比设定对应的控制阀的监控值，所述控制阀依据对应的监控值控制各配料罐内的组分物料进入所述搅拌罐内的量；

所述搅拌罐搅拌其内的各组分物料以形成打印材料。

7.如权利要求5所述的行走式建筑3D打印工艺控制系统，其特征在于，还包括装设于所述麦轮式行走小车四周的柔性围挡，所述柔性围挡的底部与作业面相接触。

8.如权利要求5所述的行走式建筑3D打印工艺控制系统，其特征在于，所述控制单元还用于在完成一定高度范围的打印作业之后，通过所述升降平台抬升所述机械手以进行下一高度范围的打印作业。

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