CN111452181A - 3d打印建筑及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印领域，具体而言，提供了一种3D打印建筑及其制备方法。所述3D打印建筑的制备方法包括以下步骤：(a)提供含有孔洞的建筑的3D打印编辑路径；(b)提供打印油墨和至少一块生土块；(c)将打印油墨按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，在打印的过程中，将至少一块生土块放入预留的孔洞中，直至打印完成。方法采用生土块与打印油墨共同打印的方式进行打印，生土块既可作为模具使用，也可作为装饰物使用，生土易于回收循环利用，且能起到良好的保温吸湿作用，打印成本低，绿色环保。

Description

3D打印建筑及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体而言，涉及一种3D打印建筑及其制备方法。

背景技术

3D打印与普通打印的工作原理基本相同，打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料，与电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把计算机上的蓝图变成实物。随着3D打印技术日益完善，不仅可以打印小件物品，而且这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。

传统在混凝土预制产品或其他产品中局部制造镂空的部位经常需要用到一些用做模具的材料，材质如EPS或PU泡沫、木材、橡胶、PVC管等，泡沫类材质的模具为一次性利用，不能重复使用，也不方便回收，且材质过软容易塌陷；木材、橡胶、PVC管类材质的模具可以多次利用，但拆模易损坏，破损后也不能重复利用，因而造成3D打印建筑的成本高和回收困难等难题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种3D打印建筑的制备方法，该方法采用生土块与打印油墨共同打印的方式进行打印，生土块可重复多次使用，回收简便，打印成本低。

本发明的第二目的在于提供一种3D打印建筑，该3D打印建筑具有良好的吸湿作用，冬暖夏凉，绿色节能环保。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种3D打印建筑的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供含有孔洞的建筑的3D打印编辑路径；

(b)提供打印油墨和至少一块生土块；

(c)将打印油墨按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，在打印的过程中，将至少一块生土块放入预留的孔洞中，直至打印完成。

作为进一步优选的技术方案，步骤(c)中，当打印高度达到预留孔洞直径的1/5-1/2时，将生土块放入预留的孔洞中，继续打印，直至打印完成。

作为进一步优选的技术方案，生土块放入的时间为20-50s。

作为进一步优选的技术方案，不同生土块之间的水平距离或垂直距离高于300mm，且低于600mm。

作为进一步优选的技术方案，3D打印时，单层油墨的厚度为5-20mm。

作为进一步优选的技术方案，3D打印时，单层油墨的宽度为30-50mm。

作为进一步优选的技术方案，生土块的直径、长度或宽度低于200mm，且高于50mm。

作为进一步优选的技术方案，所述建筑为单面墙体，生土块的总面积占单面墙体面积的30％以下。

作为进一步优选的技术方案，所述建筑为多面墙体，生土块的总面积占多面墙体总面积的20％以下。

第二方面，本发明提供了一种采用上述方法制备得到的3D打印建筑。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的3D打印建筑的制备方法采用生土块与打印油墨共同打印的方式进行打印，生土块既可作为模具使用，也可作为装饰物使用，当作为模具使用时，在打印完成和打印油墨固化后，将其破碎拆掉即可，拆掉后的生土回收可以进行循环利用，再次制作成生土块；当作为装饰物使用时，生土块与固化后的油墨结合起来起到美观与环保的作用，由于3D打印建筑内部空心后具有优异的保温作用，而生土又具有吸湿的作用，当室内湿度高，生土块可将室内空气中的游离水吸附到生土块中以降低空气的湿度，当室内湿度低，生土块可将生土块中的游离水排放到空气中以增加空气的温度，由此使所得3D打印建筑具有冬暖夏凉的作用，更加绿色节能环保。

本发明提供的3D打印建筑采用上述方法制备得到，因而具有良好的吸湿作用，冬暖夏凉，绿色节能环保。

附图说明

图1为本发明实施例1所提供的3D打印建筑的制备方法中，步骤(c)在放入生土块之前的示意图；

图2为本发明实施例1所提供的3D打印建筑的制备方法完成后的示意图；

图3为本发明实施例2所提供的3D打印建筑的制备方法完成后的示意图；

图4为图3的主视图。

附图标记：1-打印油墨；2-生土块。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

需要说明的是：

本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“5-20”表示本文中已经全部列出了“5-20”之间的全部实数，“5-20”只是这些数值组合的缩略表示。

本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。

本发明中，除非另有说明，各个操作步骤可以顺序进行，也可以不按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。

除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

根据本发明的一个方面，提供了一种3D打印建筑的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供含有孔洞的建筑的3D打印编辑路径；

(b)提供打印油墨和至少一块生土块；

(c)将打印油墨按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，在打印的过程中，将至少一块生土块放入预留的孔洞中，直至打印完成。

上述3D打印建筑的制备方法采用生土块与打印油墨共同打印的方式进行打印，生土块既可作为模具使用，也可作为装饰物使用，当作为模具使用时，在打印完成和打印油墨固化后，将其破碎拆掉即可，拆掉后的生土回收可以进行循环利用，再次制作成生土块；当作为装饰物使用时，生土块与固化后的油墨结合起来起到美观与环保的作用，由于3D打印建筑内部空心后具有优异的保温作用，而生土又具有吸湿的作用，当室内湿度高，生土块可将室内空气中的游离水吸附到生土块中以降低空气的湿度，当室内湿度低，生土块可将生土块中的游离水排放到空气中以增加空气的温度，由此使所得3D打印建筑具有冬暖夏凉的作用，更加绿色节能环保。

需要说明的是：

上述“建筑”应做广义理解，凡是属于建筑物的基本构造或二级构造都可理解为建筑，例如砖块、单面墙体或多面墙体等。

上述“打印油墨”采用本领域可实现的任意一种或几种油墨即可，例如水泥基油墨等，本发明对此不做特别限制。

在一种优选的实施方式中，步骤(c)中，当打印高度达到预留孔洞直径的1/5-1/2时，将生土块放入预留的孔洞中，继续打印，直至打印完成。上述打印高度典型但非限制性的为1/5、1/4、1/3或1/2。当打印至以上高度范围内时放入生土块，可使生土块更加稳定地设置于预留的孔洞中，避免生土块倾斜或掉落，并且操作方便，打印效率更高。

需要说明的是，上述“打印高度”并非整个建筑的打印高度，而是在打印路径中，对于单个预留孔洞来说，以单个预留孔洞的底端为基准面，逐渐向上打印所达到的高度。

在一种优选的实施方式中，生土块放入的时间为20-50s。上述时间典型但非限制性的为20s、25s、30s、35s、40s、45s或50s。生土块的放入时间不宜过长，时间过长则整个打印工艺的效率会过低。

在一种优选的实施方式中，不同生土块之间的水平距离或垂直距离高于300mm，且低于600mm。由于生土块的强度相对固化后的打印油墨的强度低，因此，生土块之间的水平距离和垂直距离均不宜过小或过大，以免降低最终建筑的强度和使用安全性。上述水平距离或垂直距离包括但不限于300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm或600mm等。

在一种优选的实施方式中，3D打印时，单层油墨的厚度为5-20mm。上述厚度典型但非限制性的为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。当单层油墨的厚度在以上范围内时，打印易于进行，不会堵住喷嘴，且打印效率较高。

在一种优选的实施方式中，3D打印时，单层油墨的宽度为30-50mm。上述宽度典型但非限制性的为30mm、32mm、34mm、36mm、38mm、40mm、42mm、44mm、46mm、48mm或50mm。单层油墨的宽度不宜过大或过小，过小则所得建筑的厚度过小，过大则实用性较差。

在一种优选的实施方式中，生土块的直径、长度或宽度低于200mm，且高于50mm。当生土块的直径、长度或宽度在以上范围内时，其装饰效果更好，所得建筑更为美观，并且，以上尺寸的生土块在去除时也更加容易，回收更加方便，便于多次利用。上述直径、长度或宽度包括但不限于50mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm或200mm等。

在一种优选的实施方式中，所述建筑为单面墙体，生土块的总面积占单面墙体面积的30％以下。从强度和美观性考虑，生土块的总面积不宜过高，过高虽然装饰效果更好，但会导致单面墙体的强度过低，当其在30％以下时，能够兼顾强度和美观性。典型但非限制性地，生土块的总面积占单面墙体面积的5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％等。

上述“总面积”是指至少两个生土块的总的横截面积。

在一种优选的实施方式中，所述建筑为多面墙体，生土块的总面积占多面墙体总面积的20％以下。当建筑为多面墙体时，生土块的总面积需低于多面墙体总面积的20％以下，此时建筑的强度和美观性均较好。典型但非限制性地，生土块的总面积占多面墙体总面积的5％、10％、15％或20％等。

根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述方法制备得到的3D打印建筑。采用上述方法制备得到的3D打印建筑结构美观，具有良好的吸湿作用，冬暖夏凉，绿色节能环保。

下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

一种3D打印建筑的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供含有孔洞的建筑的3D打印编辑路径；

(b)提供打印油墨1和一块生土块2，生土块2的直径为50mm；

(c)将打印油墨1按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，单层油墨的厚度为5mm，宽度为30mm，当打印高度达到预留孔洞直径的1/2时(如图1所示)，将生土块2放入预留的孔洞中，生土块2放入的时间为20s，继续打印，直至打印完成(如图2所示)。

实施例2

一种3D打印建筑的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供含有孔洞的建筑的3D打印编辑路径；

(b)提供打印油墨和多块生土块，生土块的直径为200mm；

(c)将打印油墨按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，单层油墨的厚度为20mm，宽度为50mm，当打印高度达到预留孔洞直径的1/5时，将生土块放入预留的孔洞中，生土块放入的时间为50s，继续打印，直至打印完成，得到多面墙体建筑，其中，在多面墙体建筑中，不同生土块之间的水平距离等于300mm，垂直距离等于600mm，在单面墙体中，生土块的总面积占单面墙体面积的30％，整个多面墙体建筑中，生土块的总面积占多面墙体总面积的20％(如图3和图4所示)。

实施例3

一种3D打印建筑的制备方法，与实施例2不同的是，本实施例中，生土块的直径为100mm，单层油墨的厚度为10mm，宽度为40mm，生土块的总面积占单面墙体面积的20％，生土块的总面积占多面墙体建筑总面积的10％，其余步骤及参数均与实施例2相同。

对比例1

一种3D打印建筑的制备方法，与实施例1不同的是，本对比例中，步骤(c)包括：将打印油墨1按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，单层油墨的厚度为5mm，宽度为30mm，当打印高度达到预留孔洞的底端时，将生土块2放入预留的孔洞中，生土块2放入的时间为20s，继续打印，直至打印完成，其余均与实施例1相同。

本对比例是直接在出现打印孔洞时，即将生土块放入其中。

对以上实施例和对比例打印得到的3D建筑进行表面平整度测试，测试方法为：利用靠尺垂直贴紧墙体中的生土块，然后用直角尺量出墙体与靠尺间的距离。结果发现，实施例1-3的表面平整度(墙体与靠尺间距离分别为6mm、4mm和3mm)均优于对比例1(墙体与靠尺间距离为13mm)，可见，由于实施例是在打印高度达到预留孔洞直径的部分距离时加入的，更能控制生土块在墙体中的位置布置，更加精准，由此说明本发明提供的3D打印建筑的制备方法工艺科学，不但成本低、材料回收方便、环保节能，而且所得建筑的表面平整度高。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种3D打印建筑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)提供含有孔洞的建筑的3D打印编辑路径；

(b)提供打印油墨和至少一块生土块；

(c)将打印油墨按照步骤(a)所述的编辑路径进行3D打印，在打印的过程中，将至少一块生土块放入预留的孔洞中，直至打印完成。

2.根据权利要求1所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，当打印高度达到预留孔洞直径的1/5-1/2时，将生土块放入预留的孔洞中，继续打印，直至打印完成。

3.根据权利要求1所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，生土块放入的时间为20-50s。

4.根据权利要求1所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，不同生土块之间的水平距离或垂直距离高于300mm，且低于600mm。

5.根据权利要求1所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，3D打印时，单层油墨的厚度为5-20mm。

6.根据权利要求1所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，3D打印时，单层油墨的宽度为30-50mm。

7.根据权利要求1所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，生土块的直径、长度或宽度低于200mm，且高于50mm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，所述建筑为单面墙体，生土块的总面积占单面墙体面积的30％以下。

9.根据权利要求1-7任一项所述的3D打印建筑的制备方法，其特征在于，所述建筑为多面墙体，生土块的总面积占多面墙体总面积的20％以下。

10.采用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的3D打印建筑。

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