CN114290477B - 一种太阳光汇聚3d打印生成建筑的方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，涉及建筑领域，具体包括如下步骤：（1）、在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定菲涅尔透镜或凹面反射镜，利用菲涅尔透镜或凹面反射镜把太阳光汇聚，把汇聚光变成合适截面积的太阳光一次汇聚平行光线；（2）、平行光线经过传输后到达二次汇聚扫描系统，二次汇聚扫描系统经过偏转扫描和再次聚焦，把平行光聚焦成一个在3D打印中的Z向扫描光斑；把需要熔化烧结的粉状建筑原料，通过铺粉系统沿3D打印中X方向及Y方向均匀铺粉；（3）、铺粉系统铺一层，通过二次汇聚扫描系统熔化烧结一层，多次循环，粉状建筑原料被熔化烧结成墙；本发明实现原料零成本、能源零成本、二氧化碳零排放的目的。

Description

一种太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，具体涉及一种太阳光汇聚后发热熔化泥土、沙子、灰尘用3D打印生成建筑的方法，尤其涉及一种太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法。

背景技术

公知的，人类距今一万多年前，就有了用火烧制泥土的陶器生活用具，五千多年的仰韶文化时期烧制生活用陶器就大量使用，同时也在蓝田新街遗址中发现最早的建筑用砖，在周朝时期建筑用砖开始大量使用，一直延续到现代。近几百年发明了水泥作为建筑材料，并大量使用。烧制建筑用砖、制造水泥都需要使用大量的碳基能源，产生过程中产生大量的二氧化碳，与现在全世界的低碳环保利用能源的方向背道而驰。因此，提出一种利用太阳光汇聚后产生高能量光斑，高能量光斑按一定规律扫描并熔化地球表面普遍存在的泥土、沙子、灰尘、石粉以及工业矿渣，用3D打印的方法增材制造建筑物、道路等设施的方法，实现原料零成本、能源零成本、二氧化碳零排放的目的，成为本领域技术人员的基本诉求。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，具体包括如下步骤：

（1）、生成太阳光一次汇聚平行光线：

在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定菲涅尔透镜或凹面反射镜，利用菲涅尔透镜或凹面反射镜把太阳光第一次汇聚，把这些汇聚光变成合适截面积的太阳光一次汇聚平行光线；

（2）、将太阳光一次汇聚平行光线导入二次汇聚扫描系统及铺粉系统：

太阳光一次汇聚的平行光线经过传输后到达二次汇聚扫描系统，二次汇聚扫描系统经过偏转扫描和再次聚焦，把一次汇聚的平行光聚焦成一个在3D打印中的Z向扫描光斑；把需要熔化烧结的粉状建筑原料，通过铺粉系统沿3D打印中X方向及Y方向均匀铺粉；

（3）、熔化或烧结铺好的原料：

铺粉系统铺一层0.5-10毫米的粉状建筑原料，通过二次汇聚扫描系统熔化烧结一层，多次循环该过程，粉状建筑原料被熔化烧结成墙。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，当在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定凹面反射镜时：太阳光一次汇聚平行光的生成系统包括在设备框架上固定的太阳能自动跟踪器、太阳能电池板、蓄电池、一次聚透镜、伺服机构和伺服控制机构；设备框架的下部设有伺服机构和伺服控制机构，蓄电池通过信号线与伺服控制机构连接，设备框架的上部设有转动连接的转动平台，伺服控制机构控制伺服机构驱动转动平台转动，在转动平台上设有固定座，固定座的上部分别铰接有连接板和立柱，在设备框架的上面与连接板的上端内面之间铰接有电动推杆；凹面反射镜固定有在连接板的上端，太阳能电池板固定在连接板的外面，太阳能自动跟踪器垂直设置在太阳能电池板的下部；在立柱的上端固定有定向反射镜，一次聚透镜通过斜板固定在竖直设置的立柱上，且位于在定向反射镜与凹面反射镜之间，一次聚透镜与凹面反射镜平行布置。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，当在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定菲涅尔透镜时：太阳光一次汇聚平行光的生成系统包括在设备框架上固定的太阳能自动跟踪器、太阳能电池板、蓄电池、凹面反射镜、一次聚透镜、伺服机构和伺服控制机构，在设备框架的下部设有伺服机构和伺服控制机构，蓄电池通过信号线与伺服控制机构连接，设备框架的上部设有转动连接的转动平台，伺服控制机构控制伺服机构驱动转动平台转动，固定座的上部铰接有连接板和立柱，在设备框架上面与连接板的上端内面之间铰接有电推杆A，菲涅尔透镜固定在连接板的上端，太阳能电池板固定在连接板的外面，太阳能自动跟踪器垂直设置在太阳能电池板的下部，立柱水平布置，在立柱的外端固定有定向反射镜，立柱的下面与设备框架之间铰接有电推杆B，一次聚透镜通过连接板与立柱固定连接且，设置在定向反射镜与菲涅尔透镜之间，一次聚透镜与菲涅尔透镜平行布置。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，铺粉系统行走在铺粉模具上，铺粉模具包括内外两层方形模具板，在内外两层方形模具板之间形成3D打印墙面的空间，沿外层方形模具板的外面固定有X方向轨道和Y方向轨道，沿内层方形模具板的内面固定有X方向轨道和Y方向轨道；铺粉系统行走框架的两侧均设有行走轮，行走轮通过铺粉箱驱动电机分别行走在任意一侧的内外层方形模具板的X方向轨道或Y方向轨道，铺粉系统原料箱下部的均匀下粉装置的下料口与3D打印墙面的空间上下对应。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，在铺粉系统的外部搭设有防风板，在防风板上固定有提升装置，提升装置包括电机和升降杆，升降杆的输出端固定在X方向轨道或Y方向轨道的侧面上，电机驱动升降杆带动X方向轨道、Y方向轨道及铺粉模具抬升。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，二次汇聚扫描系统包括n形框架、行走电机、驱动件、二次聚焦扫描反射镜和二次聚焦透镜，n形框架下部两侧均设有行走轮，行走轮通过行走电机分别行走在任意一侧的内外层方形模具板的X方向轨道或Y方向轨道上，在n形框架的上面一侧固定有电机，电机的驱动端连接有驱动件，驱动件上部的固定座上分别铰接有倾斜设置的电推杆和竖直立杆，电推杆上端的顶升端与竖直立杆的上端之间铰接有连接杆，竖直立杆的上端还铰接有安装二次聚焦扫描反射镜的支架，在竖直立杆的下部设有固定二次聚焦透镜的水平支架。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，太阳能自动跟踪器将感知到的光电信号传递给伺服控制机构，伺服控制机构把电信号经逻辑运算后，输出电信号控制伺服机构驱动凹面反射镜或菲涅尔透镜始终自动的垂直于太阳光的方向。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，定向反射镜和二次聚焦扫描反射镜采用水冷不锈钢镀膜反射镜。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，在二次聚焦透镜的支架上安装有非接触时红外温度计，用于测量光斑的温度。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，通过在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定菲涅尔透镜或凹面反射镜，利用菲涅尔透镜或凹面反射镜把太阳光第一次汇聚，把这些汇聚光变成小截面积的太阳光一次汇聚平行光线；将太阳光一次汇聚平行光线导入二次汇聚扫描系统进行二次聚焦，并在伺服控制系统的控制下按照设定的图形路线进行扫描，熔化或烧结铺好的原料，形成需要打印的墙面或地面等；利用该方法做各种建筑、道路等设施的过程中，实现二氧化碳零排放，非常适合当今的环保要求；使用的能源是太阳光，能源零成本，打印原料可使用地球表面普遍存在的泥土、沙子、灰尘、石粉以及工业矿渣，相比现有的使用砖做建材，不需要钢筋和水泥，建成的房屋有比使用砖做建材有更好的强度在建筑行业具有划时代意义。

附图说明

图1是本发明在太阳光一次汇聚平行光的生成系统28上固定凹面反射镜3的结构示意图。

图2是本发明在太阳光一次汇聚平行光的生成系统28上固定菲涅尔透镜的结构示意图。

图3是本发明二次汇聚扫描系统的结构示意图。

图4是本发明铺粉系统的结构示意图。

图5是本发明实施例1的俯视图。

图6是本发明实施例1的结构示意图。

图7是本发明实施例2的俯视图。

图8是本发明实施例2的结构示意图。

图9是本发明实施例3的俯视图。

图10是本发明实施例3的结构示意图。

图中：1、定向反射镜；2、一次汇聚透镜；3、凹面反射镜；4、太阳能电池板；5、太阳能自动跟踪器；6、伺服机构；7、伺服控制机构；8、设备框架；9、蓄电池；10、电动推杆；11、菲涅尔透镜；12、二次聚焦扫描反射镜；13、二次聚焦透镜；14、驱动件；15、太阳光二次汇聚光斑；16、烧结面；17、X方向轨道；18、行走电机；19、3D打印墙面；20、原料箱；21、均匀下粉装置；22、刮刀；23、铺粉面；24、行走框架；25、铺粉箱驱动电机；26、Y方向轨道；27、铺粉模具；28、太阳光一次汇聚平行光的生成系统；29、二次汇聚扫描系统；30、铺粉系统；31、提升装置；32、地面；33、转动平台。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

结合附图1-4所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，具体包括如下步骤：

（1）、生成太阳光一次汇聚平行光线：

在太阳光一次汇聚平行光的生成系统28上固定菲涅尔透镜11或凹面反射镜3，利用菲涅尔透镜11或凹面反射镜3把太阳光第一次汇聚，把这些汇聚光变成合适截面积的太阳光一次汇聚的平行光线；

（2）、将太阳光一次汇聚平行光线导入二次汇聚扫描系统29及铺粉系统30：

太阳光一次汇聚的平行光线经过传输后到达二次汇聚扫描系统29，二次汇聚扫描系统经过偏转扫描和再次聚焦，把一次汇聚的平行光聚焦成一个在3D打印中的Z向扫描光斑；把需要熔化烧结的粉状建筑原料，通过铺粉系统30沿3D打印中X方向及Y方向均匀铺粉；

（3）、熔化或烧结铺好的原料：

铺粉系统30铺一层0.5-10毫米的粉状建筑原料，通过二次汇聚扫描系统29熔化烧结一层，多次循环该过程，粉状建筑原料被熔化烧结成墙。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，太阳光一次汇聚平行光的生成系统28设置至少一个。

如附图1所示，当在太阳光一次汇聚平行光的生成系统28上固定凹面反射镜3时：太阳光一次汇聚平行光的生成系统28包括在设备框架8上固定的太阳能自动跟踪器5、太阳能电池板4、蓄电池9、一次聚透镜2、伺服机构6和伺服控制机构7；设备框架8的下部设有伺服机构6和伺服控制机构7，蓄电池9通过信号线与伺服控制机构7连接，设备框架8的上部设有转动连接的转动平台33，伺服控制机构7控制伺服机构6驱动转动平台33转动，固定座的上部分别铰接有连接板和立柱，在设备框架8的上面与连接板的上端内面之间铰接有电动推杆10；凹面反射镜3固定有在连接板的上端，太阳能电池板4固定在连接板的外面，太阳能自动跟踪器5垂直设置在太阳能电池板4的下部；在立柱的上端固定有定向反射镜1，一次聚透镜2通过斜板固定在竖直设置的立柱上，且位于在定向反射镜1与凹面反射镜3之间，一次聚透镜2与凹面反射镜3平行布置；

其中，太阳能自动跟踪器5能够感知一天中太阳的任意位置，产生位置电信号，然后输送给伺服控制机构7的PLC控制器，PLC控制器驱动伺服机构6带动转动平台33转动，让太阳光始终直射凹面反射镜3，凹面反射镜3能够把直射的太阳光通过折射聚焦到一次聚透镜2，转化为合适截面的平行光线，通过定向反射镜1反射至二次汇聚扫描系统29，蓄电池9提供该过程中各个动作的电能，定向反射镜1有伺服机构6驱动转动，能够把汇聚的平行光线自动的对准二次汇聚扫描系统29。

如附图2所示，当在太阳光一次汇聚平行光的生成系统28上固定菲涅尔透镜11时：太阳光一次汇聚平行光的生成系统28包括在设备框架8上固定的太阳能自动跟踪器5、太阳能电池板4、蓄电池9、凹面反射镜3、一次聚透镜2、伺服机构6和伺服控制机构7，在设备框架8的下部设有伺服机构6和伺服控制机构7，蓄电池9通过信号线与伺服控制机构7连接，设备框架8的上部设有转动连接的转动平台33，伺服控制机构7控制伺服机构6驱动转动平台33转动，固定座的上部铰接有连接板和立柱，在设备框架8上面与连接板的上端内面之间铰接有电推杆A，菲涅尔透镜11固定在连接板的上端，太阳能电池板4固定在连接板的外面，太阳能自动跟踪器5垂直设置在太阳能电池板4的下部，立柱水平布置，在立柱的外端固定有定向反射镜1，立柱的下面与设备框架8之间铰接有电推杆B，一次聚透镜2通过连接板与立柱固定连接且，设置在定向反射镜1与菲涅尔透镜11之间，一次聚透镜1与菲涅尔透镜2平行布置；其工作原理与附图1相同。

如附图4所示，铺粉系统30行走在铺粉模具27上， 铺粉模具27包括内外两层方形模具板，在内外两层方形模具板之间形成3D打印墙面19的空间，沿外层方形模具板的外面固定有X方向轨道17和Y方向轨道26，沿内层方形模具板的内面固定有X方向轨道17和Y方向轨道26；铺粉系统30行走框架24的两侧均设有行走轮，行走轮通过铺粉箱驱动电机25分别行走在任意一侧的内外层方形模具板的X方向轨道17或Y方向轨道26，铺粉系统30原料箱20下部的均匀下粉装置21的下料口与3D打印墙面19的空间上下对应；设置在外层的方形模具板厚度大于内层的方形模板，外层的方形模板用于承载铺粉系统30及二次汇聚扫描系统29；

铺粉系统30为现有技术，包括原料箱20、均匀下粉装置21和刮刀22，原料箱20内为烧结原料，通过均匀下粉装置21控制下料量及均匀性，将原料均匀下落至铺粉模具27内，并通过刮刀22将下落的原料刮平整。

在铺粉系统30的外部搭设有防风板，在防风板上固定有提升装置31，提升装置31包括电机和升降杆，升降杆的输出端固定在X方向轨道17或Y方向轨道26的侧面上，电机驱动升降杆带动X方向轨道17、Y方向轨道26及铺粉模具27抬升。

如附图3所示，二次汇聚扫描系统29包括n形框架、行走电机18、驱动件14、二次聚焦扫描反射镜12和二次聚焦透镜13，n形框架下部两侧均设有行走轮，行走轮通过行走电机18分别行走在任意一侧的内外层方形模具板的X方向轨道17或Y方向轨道26上，在n形框架的上面一侧固定有电机，电机的驱动端连接有驱动件14，驱动件14上部的固定座上分别铰接有倾斜设置的电推杆和竖直立杆，电推杆上端的顶升端与竖直立杆的上端之间铰接有连接杆，竖直立杆的上端还铰接有安装二次聚焦扫描反射镜12的支架，在竖直立杆的下部设有固定二次聚焦透镜13的水平支架，安装二次聚焦扫描反射镜12的数量与设置太阳光一次汇聚平行光的生成系统28的数量相同；

其中，外部计算机控制电机驱动驱动件14带动电推杆及二次聚焦扫描反射镜12、二次聚焦透镜13翻转。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，太阳能自动跟踪器5将感知到的光电信号传递给伺服控制机构7，伺服控制机构7把电信号经逻辑运算后，输出电信号控制伺服机构6驱动凹面反射镜3或菲涅尔透镜11始终自动的垂直于太阳光的方向；

其中，太阳能自动跟踪器5为现有技术，采用放在长管内的光电二极管，有三组高度不等的长管构成不同视场的太阳光方向接收单元，光电二极管把感知到的光电信号传送给伺服控制机构7，伺服控制机构7为工业PLC或触摸屏，把收到太阳能自动跟踪器5的电信号经过逻辑运算后，输出电信号控制伺服机构6，伺服机构6为伺服电机或步进电机，驱动转动平台33转动，同时带动菲涅尔透镜11的镜面或凹面反射镜3的镜面始终垂直于太阳光的方向。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，定向反射镜1和二次聚焦扫描反射镜12采用水冷不锈钢镀膜反射镜。

所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，在二次聚焦透镜13的支架上安装有非接触时红外温度计，用于测量光斑的温度。

实施例1

如附图5-6所示，采用单个菲涅尔透镜11做主要聚焦透镜的太阳光汇聚3D打印系统：

预备打印房屋墙面的宽度250毫米，长度25米，打印材质选用10-20%氧化铁含量的粘土，颗粒度：小于1毫米，采用单个菲涅尔透镜11做主要聚焦透镜，菲涅尔透镜11的边长为1米×1米的方形结构，光斑直径小于10毫米，光斑产生的温度约1100-1300摄氏度，一次汇聚透镜2的直径100毫米，材质为石英玻璃或碳化硅玻璃，能够和菲涅尔透镜11一起产生截面为80X80毫米的平行光线，太阳光一次汇聚平行光的生成系统28固定在地面上，定向反射镜1和二次汇聚反射镜12采用水冷不锈钢镀膜反射镜；铺粉模具27为方形模具，在内外两层模具板之间形成3D打印墙面19；

铺粉系统30和二次汇聚扫描系统29均在X方向轨道17上行走，通过铺粉系统30均匀的在铺粉模具27内铺上一层需要熔融烧结的建筑打印用粉，形成铺粉面23；太阳能自动跟踪器5将感知到的光电信号传递给伺服控制机构7，伺服控制机构7把电信号经逻辑运算后，输出电信号控制伺服机构6驱动菲涅尔透镜11镜面始终自动的垂直于太阳光的方向，菲涅尔透镜11和一次汇聚透镜2一起产生截面为80×80毫米的平行光线经过定向反射镜1反射后，进入二次汇聚扫描系统29，第一次让80×80毫米平行光线进入二次汇聚扫描系统29需要手工对焦，对焦完成后二次汇聚下，二次汇聚扫描系统29上的光电管能够感知80×80毫米平行光线的位置，这些光电管把位置信号输送给伺服控制机构7，经过逻辑运算后伺服机构6驱动定向反射镜1始终照射到二次汇聚扫描系统29上，二次汇聚扫描系统29在X方向上做打印工作时，定向反射镜1始终能把80×80毫米平行光线反射进入二次汇聚扫描系统29；二次汇聚扫描系统29把80×80毫米平行光线经二次聚焦扫描反射镜12反射后，形成太阳光二次汇聚光斑15，光斑熔融烧结平整的打印材料，二次聚焦扫描系统29的二次聚焦扫描反射镜12在伺服控制系统7及伺服电机6的控制下，通过调节不同的反射角度，让形成的光斑在Z方向上按一定的路线和图形扫描，同时二次汇聚扫描系统29还要在X方向上匀速运动，形成在X和Z平面内的熔融烧结打印，形成烧结面16，当一层X和Z平面内的熔融烧结完成后，提升装置31控制铺粉模具27及X方向轨道17在Z方向上整体抬升0.5-10毫米，然后铺粉系统30在X方向上再均匀的铺上一层需要熔融烧结的建筑打印用粉，接着二次汇聚扫描系统29又在第二层X方向上做打印工作；铺粉系统30的原料箱20的容积300升，铺粉速度每分钟3米，铺粉厚度2-2.5毫米，铺粉宽度260毫米；水冷不锈钢镀膜反射镜的冷却水采用50升/分钟的循环水泵，水箱体积200升，往原料箱20内上料采用人工上料或自动上料，防风安全措施是在打印区域周围搭建防护板，防止风把铺好的粉给刮跑，也防止聚焦光线误伤其它，现场操作人员要带墨镜防止聚焦光线伤害眼睛，使用非接触时红外温度计，及时测量光斑的温度，保证熔融烧结的质量，同时把信号传输到电脑中，用于调整扫描的速度，光斑温度越高扫描越快，二次汇聚扫描系统在X方向上运动的速度越快，反之就变慢；当一面X方向上的墙体打印完毕后，可手动将二次汇聚扫描系统29与铺粉系统30拆除，安装到相邻Y方向轨道26上，进行Y方向上的墙体打印，打印过程与X方向上墙体的打印方法相同，直致完成宽度250毫米，长度25米房屋墙面的打印。

实施例2

如附图7-8所示，采用单个凹面反射镜3做主要聚焦透镜的太阳光汇聚3D打印系统：

预备打印房屋墙面的宽度250毫米，长度25米，打印材质选用10-20%沙子的粘土，颗粒度：小于1毫米，凹面反射镜3的直径为3米的圆形结构，光斑直径小于10毫米，光斑产生的温度约1300-1700摄氏度，一次汇聚透镜2的直径100毫米，材质为石英玻璃或碳化硅玻璃，能够和凹面反射镜3一起产生截面为80×80毫米的平行光线，太阳光一次汇聚平行光的生成系统28固定在地面上，定向反射镜1和二次汇聚反射镜12采用水冷不锈钢镀膜反射镜，铺粉模具27为方形模具，在内外两层模具板之间形成3D打印墙面19；

铺粉系统30和二次汇聚扫描系统29均在X方向轨道17上行走，通过铺粉系统30均匀的在铺粉模具27内铺上一层需要熔融烧结的建筑打印用粉，形成铺粉面23；

凹面反射镜3和一次汇聚透镜2一起产生截面为80×80毫米的平行光线经过定向反射镜1反射后，进入二次汇聚扫描系统29，第一次让80×80毫米平行光线进入二次汇聚扫描系统29需要手工对焦，对焦完成后二次汇聚下、二次汇聚扫描系统29上的光电管能够感知80×80毫米平行光线的位置，光电管把位置信号输送给伺服控制机构，它经过逻辑运算后驱动定向反射镜1始终照射到二次汇聚扫描系统29上，二次汇聚扫描系统29在X方向上做打印工作时，定向反射镜1始终能把80×80毫米平行光线反射进入二次汇聚扫描系统29；二次汇聚扫描系统29把80×80毫米平行光线经二次聚焦扫描反射镜12反射后，形成太阳光二次汇聚光斑15，光斑熔融烧结平整的打印材料，二次聚焦扫描反射镜12在伺服控制系统7及伺服电机6的控制下，通过调节不同的反射角度，让形成的太阳光二次汇聚光斑15在Z方向上按一定的路线和图形扫描，同时二次汇聚扫描系统29还要在X方向上匀速运动，形成在X和Z平面内的熔融烧结打印，形成烧结面16，当一层X和Z平面内的熔融烧结完成后，提升装置31控制铺粉模具27及X方向轨道17在Y方向上整体抬升0.5-10毫米，然后铺粉系统30在X方向上均匀的铺上一层需要熔融烧结的建筑打印用粉，接着二次汇聚扫描系统29又在第二层X方向上做打印工作，铺粉系统30的原料箱20容积300升，铺粉速度每分钟3米，铺粉厚度2-2.5毫米，铺粉宽度260毫米；水冷不锈钢镀膜反射镜的冷却水采用50升/分钟的循环水泵，水箱体积200升。上料系统采用人工上料的方法。往原料箱20内上料采用人工上料或自动上料，防风安全措施是在打印区域周围搭建防护板，防止风把铺好的粉给刮跑，也防止聚焦光线误伤其它，现场操作人员要带墨镜防止聚焦光线伤害眼睛。使用非接触时红外温度计，及时测量光斑的温度，保证熔融烧结的质量，同时把信号传输到电脑中，用于调整扫描的速度，光斑温度越高扫描越快，二次汇聚扫描系统29在X方向上运动的速度越快；当一面X方向上的墙体打印完毕后，可手动将二次汇聚扫描系统29与铺粉系统30拆除，安装到相邻Y方向轨道26上，进行Y方向上的墙体打印，打印过程与X方向上墙体的打印方法相同，直致完成宽度250毫米，长度25米房屋墙面的打印。

实施例3 采用多个菲涅尔透镜阵列的太阳光汇聚3D打印系统：

根据附图9-10所示，打印房屋墙面的宽度250毫米，长度25米；打印材质选用沙子或矿渣，颗粒度：小于1毫米，采用9个菲涅尔透镜阵列做主要聚焦透镜，菲涅尔透镜11的为边长1米×1米的方形结构，光斑直径小于10毫米，光斑产生的温度约1600-2100摄氏度，每个单元的一次汇聚透镜2的直径100毫米，材质为石英玻璃或碳化硅玻璃，能够和菲涅尔透镜11一起产生截面为80×80毫米的平行光线；定向反射镜1和二次聚焦扫描反射镜12采用水冷不锈钢镀膜反射镜，菲涅尔透镜11和一次汇聚透镜2一起产生截面为80×80毫米的平行光线经过定向反射镜1反射后，进入二次汇聚扫描系统29，二次汇聚扫描系统29有9个独立的二次汇聚扫描反射镜12，电机单独控制每一个二次汇聚扫描反射镜12，让9束光都汇聚到一个焦点上，第一次让80×80毫米平行光线进入二次汇聚扫描系统需要手工对焦，对焦完成后二次汇聚下、二次汇聚扫描系统29上的光电管能够感知80×80毫米平行光线的位置，光电管把位置信号输送给伺服控制机构7，经过逻辑运算后伺服机构6驱动定向反射镜1始终照射到二次汇聚扫描系统上，二次汇聚扫描系统在X方向上做打印工作时，定向反射镜1始终能把80X80毫米平行光线反射进入二次汇聚扫描系统29；二次汇聚扫描系统29把80X80毫米平行光线经二次汇聚扫描反射镜12反射后，形成太阳光二次汇聚光斑15，光斑熔融烧结平整的打印材料；二次聚焦扫描反射镜12在伺服控制系统7和伺服电机6的控制下，通过调节不同的反射角度，让形成的光斑在Z方向上按一定的路线和图形扫描，同时二次汇聚扫描系统29还要在X方向上匀速运动，形成在X和Z平面内的熔融烧结打印；当一层X和Z平面内的熔融烧结完成后，提升装置31控制铺粉模具27及X方向轨道在Y方向上整体抬升0.5-10毫米；然后铺粉系统30在X方向上均匀的铺上一层需要熔融烧结的建筑打印用粉，接着二次汇聚扫描系统29又在第二层X方向上做打印工作；铺粉系统30的原料箱容积300升，铺粉速度每分钟3米，铺粉厚度2-2.5毫米，铺粉宽度260毫米，水冷不锈钢镀膜反射镜的冷却水采用50升/分钟的循环水泵，水箱体积200升；往原料箱20内上料采用人工上料或自动上料，防风安全措施是在打印区域周围搭建防护板，防止风把铺好的粉给刮跑，也防止聚焦光线误伤其它，现场操作人员要带墨镜防止聚焦光线伤害眼睛，使用非接触时红外温度计，及时测量光斑的温度，保证熔融烧结的质量，同时把信号传输到电脑中，用于调整扫描的速度，光斑温度越高扫描越快，二次汇聚扫描系统在X方向上运动的速度越快；当一面X方向上的墙体打印完毕后，可手动将二次汇聚扫描系统29与铺粉系统30拆除，安装到相邻Y方向轨道26上，进行Y方向上的墙体打印，打印过程与X方向上墙体的打印方法相同，直致完成宽度250毫米，长度25米房屋墙面的打印。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (8)

1.一种太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，具体包括如下步骤，其特征是：（1）、生成太阳光一次汇聚平行光线：

在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定菲涅尔透镜或凹面反射镜，利用菲涅尔透镜或凹面反射镜把太阳光第一次汇聚，把这些汇聚光变成合适截面积的太阳光一次汇聚平行光线；

当在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定菲涅尔透镜时：太阳光一次汇聚平行光的生成系统包括在设备框架上固定的太阳能自动跟踪器、太阳能电池板、蓄电池、凹面反射镜、一次聚透镜、伺服机构和伺服控制机构，在设备框架的下部设有伺服机构和伺服控制机构，蓄电池通过信号线与伺服控制机构连接，设备框架的上部设有转动连接的转动平台，伺服控制机构控制伺服机构驱动转动平台转动，固定座的上部铰接有连接板和立柱，在设备框架上面与连接板的上端内面之间铰接有电推杆A，菲涅尔透镜固定在连接板的上端，太阳能电池板固定在连接板的外面，太阳能自动跟踪器垂直设置在太阳能电池板的下部，立柱水平布置，在立柱的外端固定有定向反射镜，立柱的下面与设备框架之间铰接有电推杆B，一次聚透镜通过连接板与立柱固定连接且，设置在定向反射镜与菲涅尔透镜之间，一次聚透镜与菲涅尔透镜平行布置；

（2）、将太阳光一次汇聚平行光线导入二次汇聚扫描系统及铺粉系统：

太阳光一次汇聚的平行光线经过传输后到达二次汇聚扫描系统，二次汇聚扫描系统经过偏转扫描和再次聚焦，把一次汇聚的平行光聚焦成一个在3D打印中的Z向扫描光斑；把需要熔化烧结的粉状建筑原料，通过铺粉系统沿3D打印中X方向及Y方向均匀铺粉；

二次汇聚扫描系统包括n形框架、行走电机、驱动件、二次聚焦扫描反射镜和二次聚焦透镜，n形框架下部两侧均设有行走轮，行走轮通过行走电机分别行走在任意一侧的内外层方形模具板的X方向轨道或Y方向轨道上，在n形框架的上面一侧固定有电机，电机的驱动端连接有驱动件，驱动件上部的固定座上分别铰接有倾斜设置的电推杆和竖直立杆，电推杆上端的顶升端与竖直立杆的上端之间铰接有连接杆，竖直立杆的上端还铰接有安装二次聚焦扫描反射镜的支架，在竖直立杆的下部设有固定二次聚焦透镜的水平支架；

（3）、熔化或烧结铺好的原料：

铺粉系统铺一层0.5-10毫米的粉状建筑原料，通过二次汇聚扫描系统熔化烧结一层，多次循环该过程，粉状建筑原料被熔化烧结成墙。

2.根据权利要求1所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：当在太阳光一次汇聚平行光的生成系统上固定凹面反射镜时：太阳光一次汇聚平行光的生成系统包括在设备框架上固定的太阳能自动跟踪器、太阳能电池板、蓄电池、一次聚透镜、伺服机构和伺服控制机构；设备框架的下部设有伺服机构和伺服控制机构，蓄电池通过信号线与伺服控制机构连接，设备框架的上部设有转动连接的转动平台，伺服控制机构控制伺服机构驱动转动平台转动，在转动平台上设有固定座，固定座的上部分别铰接有连接板和立柱，在设备框架的上面与连接板的上端内面之间铰接有电动推杆；凹面反射镜固定有在连接板的上端，太阳能电池板固定在连接板的外面，太阳能自动跟踪器垂直设置在太阳能电池板的下部；在立柱的上端固定有定向反射镜，一次聚透镜通过斜板固定在竖直设置的立柱上，且位于在定向反射镜与凹面反射镜之间，一次聚透镜与凹面反射镜平行布置。

3.根据权利要求1所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：铺粉系统行走在铺粉模具上，铺粉模具包括内外两层方形模具板，在内外两层方形模具板之间形成3D打印墙面的空间，沿外层方形模具板的外面固定有X方向轨道和Y方向轨道，沿内层方形模具板的内面固定有X方向轨道和Y方向轨道；铺粉系统行走框架的两侧均设有行走轮，行走轮通过铺粉箱驱动电机分别行走在任意一侧的内外层方形模具板的X方向轨道或Y方向轨道，铺粉系统原料箱下部的均匀下粉装置的下料口与3D打印墙面的空间上下对应。

4.根据权利要求1所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：在铺粉系统的外部搭设有防风板，在防风板上固定有提升装置，提升装置包括电机和升降杆，升降杆的输出端固定在X方向轨道或Y方向轨道的侧面上，电机驱动升降杆带动X方向轨道、Y方向轨道及铺粉模具抬升。

5.根据权利要求2所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：太阳能自动跟踪器将感知到的光电信号传递给伺服控制机构，伺服控制机构把电信号经逻辑运算后，输出电信号控制伺服机构驱动凹面反射镜始终自动的垂直于太阳光的方向。

6.根据权利要求1所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：太阳能自动跟踪器将感知到的光电信号传递给伺服控制机构，伺服控制机构把电信号经逻辑运算后，输出电信号控制伺服机构驱动菲涅尔透镜始终自动的垂直于太阳光的方向。

7.根据权利要求1或2所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：定向反射镜和二次聚焦扫描反射镜采用水冷不锈钢镀膜反射镜。

8.根据权利要求1或2所述的太阳光汇聚3D打印生成建筑的方法，其特征是：在二次聚焦透镜的支架上安装有非接触时红外温度计，用于测量光斑的温度。