CN115929038A - 用于3d打印混凝土结构的原位连续配筋方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，涉及3D打印技术的领域，其包括获取图纸设计模型参数；分析钢筋放置区域；分析钢筋放置时间节点；于第一竖直钢筋放置时间节点时在第一竖直钢筋放置区域插入第一导管；于第一导管内注入第一液态材料；将单个钢筋放置于第一液态材料内；将第一导管从第一竖直钢筋放置区域取出直至第一液态材料凝固，所述第一液态材料凝固配合钢筋形成第一竖直加强筋。改善了后插入的钢筋与混凝土的界面存在着大量空隙，对混凝土耐久性及力学性能都有影响的问题，本申请具有强钢筋和混凝土之间的结合强度，提升了力学性能和耐久性的效果。

Description

用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法

技术领域

本申请涉及3D打印技术的领域，尤其是涉及用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法。

背景技术

3D打印混凝土就是通过利用计算机分层建模并发出程序指令。工业机器人受控逐层重复铺设材料从而构建出自由形式的建筑结构。原理就是将建筑的图形设计模型，转化为三维的打印路径，利用打印系统，将凝结时间短，强度发展快的混凝土材料，精确分层布料逐层叠加累积成型，实现免模板施工，3D打印混凝土不仅能缩短施工周期，减少污染，能更有效地利用混凝土材料，减少了水泥的需求，降低成本，更能大幅度提高建筑物服役寿命，减少了建筑垃圾的产生。

针对上述中的相关技术，发明人认为在3D打印的混凝土浆体中插入钢筋是有效增强混凝土材料的一种方式，但是后插入的钢筋与混凝土的界面存在着大量空隙，对混凝土耐久性及力学性能都有影响，尚有改进的空间。

发明内容

为了改善后插入的钢筋与混凝土的界面存在着大量空隙，对混凝土耐久性及力学性能都有影响的问题，本申请提供用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法。

本申请提供的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法采用如下的技术方案：

用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，包括以下步骤：

获取图纸设计模型参数；

根据图纸设计模型参数分析出钢筋长度和混凝土打印路径；

根据混凝土打印路径分析出钢筋放置区域，所述钢筋放置区域供钢筋放置；

根据钢筋放置区域、钢筋长度和混凝土打印路径分析出钢筋放置时间节点，所述钢筋放置时间节点将混凝土打印路径分成至少一层，所述混凝土打印路径包括至少一个打印层，将最底下的一个打印层定义为第一打印层，将最底下的一个打印层分层的钢筋放置时间节点定义为第一竖直钢筋放置时间节点，将位于第一打印层的钢筋放置区域定义为第一竖直钢筋放置区域；

于第一竖直钢筋放置时间节点时在第一竖直钢筋放置区域插入第一导管，所述第一导管和第一竖直钢筋放置区域的内侧壁贴合；

于第一导管内注入第一液态材料，所述第一液态材料的体积等于第一导管容积和钢筋体积的差值；

沿第一导管的长度方向将单个钢筋放置于第一液态材料内；

将第一导管从第一竖直钢筋放置区域取出直至第一液态材料凝固，所述第一液态材料凝固配合钢筋形成第一竖直加强筋。

通过采用上述技术方案，通过在钢筋四周注入高流动性的第一液态材料，从而填补因钢筋插入混凝土时产生的空隙，增强钢筋和混凝土之间的结合强度，提升了力学性能和耐久性。

可选的，若混凝土打印路径包括至少二个打印层，则将导管取出后于液态材料固化前还包括如下步骤：

根据钢筋长度和预设的钢筋连接段计算出第二打印层的厚度，定义位于第一打印层上侧的打印层为第二打印层；

根据第二打印层的厚度和第一竖直钢筋放置区域分析出第二竖直钢筋放置区域和第二竖直钢筋放置时间节点，所述第二竖直钢筋放置区域和第一竖直钢筋放置区域同轴且同径设置；

于第二竖直钢筋放置时间节点时在第二竖直钢筋放置区域插入第二导管，所述第二导管和第二竖直钢筋放置区域的内侧壁贴合；

于第二导管内注入第二液态材料，所述第二液态材料的体积等于第二导管容积和钢筋体积之间的差值，所述第二液态材料和第一液态材料的材料种类相同；

沿第二导管的长度方向将单个钢筋放置于第二液态材料并延伸至第一液态材料内；

将第二导管从第二竖直钢筋放置区域取出并继续执行剩余第二打印层的打印直至第二打印层均打印完毕；

当第二打印层均打印完毕时静置直至第二液态材料和第一液态材料均凝固，所述第一液态材料和第二液态材料凝固后配合放置同一轴线上的第一液态材料和第二液态材料内的钢筋形成第二竖直加强筋。

通过采用上述技术方案，如果存在第二层甚至二层以上的混凝土时，单根钢筋无法满足结构高度的需求，故而需要多根钢筋拼接，此时在第一竖直钢筋放置区域上方生成第二竖直钢筋放置区域，然后在其中加入第二液态材料，使得第二根钢筋可以安装于第一竖直钢筋放置区域的上方而完成和第一根钢筋直接的拼接，提高了钢筋拼接的高效性；另一方面，相较于之前钢筋拼接过程中是通过捆扎完成，减少了人工捆扎的过程，节约了人力成本；最后，通过拼接的钢筋将混凝土层连接起来，提升混凝土结构的竖直结构强度。

可选的，将第二导管从第二竖直钢筋放置区域取出前的步骤还包括：

根据第一打印层和第二打印层分析出水平钢筋放置区域，所述水平钢筋放置区域包括位于第一打印层上侧的第一水平钢筋放置区域以及位于第二打印层上侧的第二水平钢筋放置区域；

于第一导管内注入第一液态材料的同时注入第三液态材料，所述第三液态材料的体积等于第一水平钢筋放置区域的体积和放置于第一水平钢筋放置区域内的钢筋体积的差值；

沿第一水平钢筋放置区域的长度方向将钢筋水平交错放置于第一液态材料和第三液态材料的混合料内，放置于第一水平钢筋放置区域内的所述钢筋之间以钢筋连接段的长度互相交错放置，所述第一液态材料和第三液态材料的混合料凝固后配合钢筋形成第一水平加强筋；

将第一导管从第一竖直钢筋放置区域取出后执行第二打印层的打印；

于第二导管内注入第二液态材料的同时注入第四液态材料，所述第四液态材料的体积等于第二水平钢筋放置区域的体积和放置于第二水平钢筋放置区域内的钢筋体积的差值；

沿第二水平钢筋放置区域的长度方向将钢筋水平交错放置于第二液态材料和第四液态材料的混合料内，放置于第二水平钢筋放置区域内的所述钢筋之间以钢筋连接段的长度互相交错放置，所述第二液态材料和第四液态材料的混合料凝固后配合钢筋形成第二水平加强筋。

通过采用上述技术方案，通过在第一打印层或第二打印层上开出水平放置区域，使得钢筋也可以水平放置，放置后的水平放置的钢筋和竖直放置的钢筋互相交错拼接，从而形成加强筋网络笼，有效增强3D打印混凝土结构的力学性能。

可选的，所有的所述第一导管的体积之和大于第一水平钢筋放置区域和第一竖直钢筋放置区域除去放置于第一水平钢筋放置区域和第一竖直钢筋放置区域内的钢筋后剩余的体积之和，所有的所述第二导管的体积之和大于第二水平钢筋放置区域和第二竖直钢筋放置区域除去放置于第二水平钢筋放置区域和第二竖直钢筋放置区域内的钢筋后剩余的体积之和。

通过采用上述技术方案，通过将第一导管的体积比预计的体积大，从而防止一些空隙预估量不足而导致空隙仍然存在的情况发生，从而保证每一层的加强筋和打印层完全贴合，充分修补3D打印和加筋过程所造成的空隙缺陷，且同时可以修补其他的加筋技术引入的空隙，提高了液态材料修补的效率和预判性。

可选的，所述钢筋上涂覆有第五液态材料，所述第五液态材料和所述第一液态材料为同种材料。

通过采用上述技术方案，提前在钢筋上涂覆液态材料，使得钢筋提前和液态材料粘接，当钢筋放入后外层的液态材料和在第一竖直钢筋放置区域内的液态材料快速粘接，提高了钢筋与混凝土的高效粘结。

可选的，还包括将第一导管从第一竖直钢筋放置区域取出的方法，该方法包括：

获取第一导管的类型信息；

于第一导管的类型信息为光滑直管时直接以抬升速度将第一导管拉出；

于第一导管的类型信息为带凸起导管时通过预设的角速度和抬升速度以螺旋方式将第一导管旋出形成螺旋路径，所述第一导管的体积还包括螺旋路径的体积。

通过采用上述技术方案，当导管的外周向侧壁上具有凸起时，通过将导管螺旋形旋出，然后第一液态材料流入螺旋路径内形成外侧具有螺纹的加强筋，从而增加了加强筋和混凝土之间的粘连性，提高了加强筋和混凝土之间的机械咬合强度。

可选的，将第一导管从第一竖直钢筋放置区域取出后的步骤还包括：

获取第一水平加强筋凸出第一打印层的高度差信息；

于高度差信息为正值时将凸出部分切除，所述凸出部分为第一水平加强筋伸出第一打印层的部分。

通过采用上述技术方案，由于第一导管内具有多余的液态材料，当第一导管去除后多余的液态材料会隆起而凸出于第一打印层的上表面，则可以通过凸出部分切除从而使得多余的液态材料去除，使得打印第二打印层前第一打印层的表面平整，提高了混凝土结构打印的流畅性和稳定性。

可选的，若高度差信息为负值时还包括如下步骤：

打印一层第三打印层，所述第三打印层的厚度为一层混凝土的厚度；

打印完第三打印层后将凸出第一打印层的第三打印层区域切除。

通过采用上述技术方案，当液态材料无法完全填充时，则可以通过提前增设一层第三打印层，使得混凝土进入到凹陷区域内，同样可以将第一打印层的上表面整平，提高了混凝土结构打印的流畅性和稳定性。

可选的，还包括对第一液态材料的温度控制方法，该方法包括：

获取当前环境温度；

获取第一液态材料的材料种类信息；

获取第二打印层的打印时间信息；

获取第一水平钢筋放置区域内放置钢筋的第一水平放置时间和第二竖直钢筋放置区域内放置钢筋并去除第二导管的第二竖直放置时间；

计算第一水平放置时间、打印时间信息和所有的第二竖直放置时间之和，将该和定义为冷却时间；

根据预设的温度数据库中所存储的液态温度和冷却时间、当前环境温度以及材料种类信息进行匹配分析以确定该种类的液态材料经历冷却时间的时间长度后刚好处于从液态转变为固态的临界状态时的初始温度；

在注入第一液态材料前将第一液态材料加热至初始温度。

通过采用上述技术方案，通过控制液态材料的注入温度从而使得当第二打印层内的钢筋进入第二竖直钢筋放置区域内的第二液态材料内时既可以插入第一液态材料，也不会继续下陷，对第二打印层内钢筋放入的位置进行稳定，从而提高了钢筋拼接的效率。

可选的，所述钢筋的一端具有螺旋状片体。

通过采用上述技术方案，第一打印层的钢筋虽然在理想情况下会竖直状态，但是大多数的时间都会处于倾斜的状态，此时拼接的钢筋会造成两者之间端端对顶，而螺旋状片体的设置，则一方面，可以充分避免对顶的情况，另一方面，可以使得上下两个钢筋互相钩紧，从而提高了拼接的结构稳定性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在钢筋四周注入高流动性的第一液态材料，增强钢筋和混凝土之间的结合强度，提升了力学性能和耐久性；

2.第二根钢筋可以安装于第一竖直钢筋放置区域的上方而完成和第一根钢筋直接的拼接，提高了钢筋拼接的高效性；节约了人力成本，提升混凝土结构的竖直结构强度；

3.螺旋状片体的设置，充分避免对顶的情况，使得上下两个钢筋互相钩紧，从而提高了拼接的结构稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例中的于第一打印层中增加第一导管和第一液态材料的示意图。

图2是本申请实施例中的于第一打印层中增加钢筋并去除第一导管的示意图。

图3是本申请实施例中的于第一打印层中增加水平放置的钢筋的示意图。

图4是本申请实施例中的去除凸出部分的示意图。

图5是本申请实施例中的去除第三打印层伸出部分的示意图。

图6是本申请实施例中的于第二打印层中增加第二导管和第二液态材料的示意图。

图7是本申请实施例中的于第二打印层中增加钢筋并去除第二导管的示意图。

图8是本申请实施例中的于第二打印层中增加水平放置的钢筋的示意图。

图9是本申请实施例中的钢筋拼接的结构示意图。

附图标记说明：1、第一打印层；11、第一竖直钢筋放置区域；12、第一液态材料；13、第一水平钢筋放置区域；14、第三液态材料；2、第二打印层；21、第二竖直钢筋放置区域；22、第二液态材料；23、第二水平钢筋放置区域；24、第四液态材料；3、第三打印层；4、第一导管；41、凸起；5、第二导管；6、钢筋；61、第五液态材料；62、螺旋状片体。

具体实施方式

以下结合附图1-9对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法。参照图1，用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法包括：

步骤100：获取图纸设计模型参数。

图纸设计模型参数为混凝土结构设计模型的参数，例如：混凝土的层数、长度、弯曲方向以及形状等，还包括了混凝土结构中包含的除混凝土外的物质以及物质所在的位置等。

步骤101：根据图纸设计模型参数分析出钢筋6长度和混凝土打印路径。

混凝土打印路径为混凝土的3D打印的路径信息，包括了每一层的路径。分析的方式可以为提取的方式。以图1所示的方向为例，从图1中的左侧向右侧为混凝土第一层的打印路径，然后当第一层打完后继续从左侧向右侧打印第二层，使得整个混凝土结构分层，结合起来即为混凝土打印路径。

步骤102：根据混凝土打印路径分析出钢筋6放置区域，钢筋6放置区域供钢筋6放置。

分析的方法为按照规范设计得到。

步骤103：根据钢筋放置区域、钢筋6长度和混凝土打印路径分析出钢筋放置时间节点，钢筋放置时间节点将混凝土打印路径分成至少一层，混凝土打印路径包括至少一个打印层，将最底下的一个打印层定义为第一打印层1，将最底下的一个打印层分层的钢筋放置时间节点定义为第一竖直钢筋放置时间节点，将位于第一打印层1的钢筋放置区域定义为第一竖直钢筋放置区域11。

结合图6，打印层为多层的结构，分层的节点为钢筋放置时间节点。钢筋放置时间节点为在混凝土完成多层打印之后钢筋6放入刚好不超出打印层的上表面时的时刻节点。第一打印层1为最底下的一个打印层。在第一打印层1之上为第二打印层2，故若层数够多，第二打印层2的数量可能大于1。分隔的方法为将混凝土打印一层的厚度和钢筋6长度相比较，当钢筋6长度大于若干层之后将该数量的层的制作完成节点即为钢筋放置时间节点。可以由工作人员根据作业情况加上计算得到。

步骤104：于第一竖直钢筋放置时间节点时在第一竖直钢筋放置区域11插入第一导管4，第一导管4和第一竖直钢筋放置区域11的内侧壁贴合。

于第一竖直钢筋放置时间节点时则说明此时第一打印层1已经打印完毕，为了增强第一打印层1的结构强度，需要在此时进行加筋操作。第一导管4为内部空心的导管，其起到将混凝土挖出的作用，也可以将内部的混凝土引导抽出，比如使用螺旋轮抽出的方式。另外，也可以不将混凝土取出，仅将混凝土推至两侧。

步骤105：于第一导管4内注入第一液态材料12，第一液态材料12的体积等于第一导管4容积和钢筋6体积的差值。

第一液态材料12为可以在固液之间进行转化的材料，例如：流动性非常好的自密实混凝土，也可以是任意一种可以加工为液体，然后在自然而然的情况下变成固体的材料。由于要在第一导管4内注入钢筋6，所以为了减少第一液态材料12从第一打印层1的上方溢出，所以体积等于第一导管4容积和钢筋6体积的差值。

步骤106：沿第一导管4的长度方向将单个钢筋6放置于第一液态材料12内。

在将钢筋6放入第一液态材料12内时，钢筋6上已经涂覆有第五液态材料61，第五液态材料61和第一液态材料12为同种材料，使得钢筋6提前和液态材料粘接，当钢筋6放入后外层的液态材料和在第一竖直钢筋放置区域11内的液态材料快速粘接，提高了钢筋6与混凝土的高效粘结。

另外，由于空隙无法估计，本申请实施例中的所有的第一导管4的体积大于第一竖直钢筋放置区域11，使得第一导管4伸出第一竖直钢筋放置区域11外，此时第一液态材料12的体积会大于理论上的第一竖直钢筋放置区域11的容积，目的是为了充分填充空隙，留有保留预估值。

步骤107：将第一导管4从第一竖直钢筋放置区域11取出直至第一液态材料12凝固，第一液态材料12凝固配合钢筋6形成第一竖直加强筋。

如图2所示，当第一导管4取出后，第一液态材料12仍然留在第一竖直钢筋放置区域11，且充分填充于空隙中。

其中，将第一导管4从第一竖直钢筋放置区域11取出的方法，该方法包括：

步骤1071：获取第一导管4的类型信息。

参照图1，类型信息为第一导管4的形状的信息。

步骤1072：于第一导管4的类型信息为光滑直管时直接以抬升速度将第一导管4拉出。

光滑直管为第一导管4仅为长筒空心管，外周向侧壁光滑。

步骤1073：于第一导管4的类型信息为带凸起导管时通过预设的角速度和抬升速度以螺旋方式将第一导管4旋出形成螺旋路径，所述第一导管4的体积还包括螺旋路径的体积。

带凸起导管如图1所示，导管的外周向侧壁上具有凸起41，也可以是螺纹型的凸条，凸条和螺旋路径同一轨迹。此时将第一导管4从第一竖直钢筋放置区域11内取出的方法为螺旋上升的方法，采用此方法后，会形成螺旋路径，此时当第一导管4取出后，第一液态材料12会填充螺旋路径内，这样配合钢筋6形成的第一竖直加强筋是带肋筋，充分和混凝土接触而提高了加强筋和混凝土之间的机械咬合强度。

在本申请实施例中，第一导管4也可以采用螺旋下降的方式进入。

参照图6和图7，若混凝土打印路径包括至少二个打印层，则将导管取出后于液态材料固化前还包括如下步骤：

步骤200：根据钢筋6长度和预设的钢筋连接段计算出第二打印层2的厚度，定义位于第一打印层1上侧的打印层为第二打印层2。

第二打印层2的厚度的计算方式为钢筋6的长度减去钢筋连接段的长度，然后若为整数则不进行修改，若不为整数，则取整后加1。钢筋6连接段为两根钢筋6拼接的一段，需要满足拼接的结构强度，其长度是人为按照规范计算后设定的合理值。如图6所示，钢筋6长度约等于5层的混凝土厚度，而钢筋6连接段的长度约等于2层的混凝土厚度，则第二打印层2的厚度为3层的混凝土厚度。

步骤201：根据第二打印层2的厚度和第一竖直钢筋放置区域11分析出第二竖直钢筋放置区域21和第二竖直钢筋放置时间节点，第二竖直钢筋放置区域21和第一竖直钢筋放置区域11同轴且同径设置。

此处的方式和步骤102-104一致，在此不做赘述，区别之处仅在于第一打印层1和第二打印层2。第二竖直钢筋放置区域21和第一竖直钢筋放置区域11同轴且同径设置的目的是为了让钢筋6可以进行拼接。

步骤202：于第二竖直钢筋放置时间节点时在第二竖直钢筋放置区域21插入第二导管5，第二导管5和第二竖直钢筋放置区域21的内侧壁贴合。

此处的方法和步骤104一致，在此不做赘述。

步骤203：于第二导管5内注入第二液态材料22，第二液态材料22的体积等于第二导管5容积和钢筋6体积之间的差值，第二液态材料22和第一液态材料12的材料种类相同。

此处的方法和步骤105一致，在此不做赘述。需要注意的是，所有的第二导管5的体积之和大于第二竖直钢筋放置区域21。

步骤204：沿第二导管5的长度方向将单个钢筋6放置于第二液态材料22并延伸至第一液态材料12内。

此处需要注意的是，第二液态材料22内的钢筋6和第一液态材料12内的钢筋6交错设置，使得两者之间不易发生对顶。如图9所示，虽然理论情况下会出现如图9左侧示意的交错设置，但是很多情况下钢筋6在导管内会由于重力作用产生倾斜，如图9左侧第二个竖直区域内示意的情形，故而为了防止对顶，钢筋6的端部上还具有螺旋状片体62，第一打印层1的钢筋6上的螺旋式片体和相邻的第二打印层2的钢筋6上的螺旋式片体相对设置，使得两者之间互相交错钩紧，从而防止钢筋6端端对顶。而当第二打印层2的数量为两个及两个以上时，每个在第二打印层2内的钢筋6两端均具有螺旋式片体。

步骤205：将第二导管5从第二竖直钢筋放置区域21取出并继续执行剩余第二打印层2的打印直至第二打印层2均打印完毕。

此处重复步骤201-204直至第二打印层2均打印完毕。

步骤206：当第二打印层2均打印完毕时静置直至第二液态材料22和第一液态材料12均凝固，第一液态材料12和第二液态材料22凝固后配合放置同一轴线上的第一液态材料12和第二液态材料22内的钢筋6形成第二竖直加强筋。

此处的方法和步骤107一致，在此不做赘述。

参照图3和图8，将第二导管5从第二竖直钢筋放置区域21取出前的步骤还包括：

步骤300：根据第一打印层1和第二打印层2分析出水平钢筋6放置区域，水平钢筋6放置区域包括位于第一打印层1上侧的第一水平钢筋放置区域13以及位于第二打印层2上侧的第二水平钢筋放置区域23。

水平钢筋6放置区域为水平放置钢筋6的区域，目的是为了给钢筋6留出水平放置的位置。在第一打印层1上的为第一水平钢筋放置区域13，在第二打印层2上的为第二水平钢筋放置区域23。

步骤301：于第一导管4内注入第一液态材料12的同时注入第三液态材料14，第三液态材料14的体积等于第一水平钢筋放置区域13的体积和放置于第一水平钢筋放置区域13内的钢筋6体积的差值。

第三液态材料14的材质和第一液态材料12的材质一样，实质为第一液态材料12。

其中也可以包括如下步骤：

步骤302：于第一竖直钢筋放置时间节点的同时在第一水平钢筋放置区域13取出混凝土，第一水平钢筋放置区域13和第一竖直钢筋放置区域11连通。

如图3所示，挖出的第一水平钢筋放置区域13为长条方形结构。

如果不存在第一水平钢筋放置区域13，所有的第一导管4的体积均大于第一竖直钢筋放置区域11。如果存在第一水平钢筋放置区域13，则所有的第一导管4的体积之和大于第一水平钢筋放置区域13和所有的第一竖直钢筋放置区域11除去放置于第一水平钢筋放置区域13和第一竖直钢筋放置区域11内的钢筋6后剩余的体积之和，然后分摊到每个第一导管4上形成第一导管4的高度。当第一导管4放出时，第一液态材料12混合第二液态材料22会将所有的第一水平钢筋放置区域13和所有的第一竖直钢筋放置区域11均填充，形成较大的钢筋6网笼。

步骤303：沿第一水平钢筋放置区域13的长度方向将钢筋6水平交错放置于第一液态材料12和第三液态材料14的混合料内，放置于第一水平钢筋放置区域13内的钢筋6之间以钢筋6连接段的长度互相交错放置，第一液态材料12和第三液态材料14的混合料凝固后配合钢筋6形成第一水平加强筋。

摆放的方式如图3，具体放置的方式为互相交错的方式，期间若长度并非若干钢筋6长度和若干钢筋6连接段的长度的相加减时可以适当调整两者之间交错的长度。

步骤304：将第一导管4从第一竖直钢筋放置区域11取出后执行第二打印层2的打印。

当第一导管4取出后，第一液态材料12和第三液态材料14均流入第一水平钢筋放置区域13和第一竖直钢筋放置区域11内。

其中，将第一导管4从第一竖直钢筋放置区域11取出后的步骤还包括：

步骤3041：获取第一水平加强筋凸出第一打印层1的高度差信息。

高度差信息为第一液态材料12和第三液态材料14均流入第一水平钢筋放置区域13和第一竖直钢筋放置区域11内后形成的第一水平加强筋相较于第一打印层1的上表面的高度值，可以由上方的距离检测装置检测得到两者的高度，然后进行相减，此处相减的方式为第一水平加强筋的高度减去第一打印层1的高度。

步骤3042：于高度差信息为正值时将凸出部分切除，凸出部分为第一水平加强筋伸出第一打印层1的部分。

如图4所示，于高度差信息为正值时，此时露出的为第一水平加强筋，而由于钢筋6处于第一打印层1上且并不高出第一打印层1，所以上方均为第一液态材料12和第三液态材料14的混合物，可以直接刮除。

步骤3043：若高度差信息为负值时打印一层第三打印层3，所述第三打印层3的厚度为一层混凝土的厚度。

如图5所示，若高度差信息为负值时，此时第一水平加强筋陷入于第一水平钢筋放置区域13内，此时的高度为虚线所示的高度，而钢筋6裸露出第一水平加强筋外，为了弥补该下陷区域，则可以先打印第三打印层3对该区域进行填充。

步骤3044：打印完第三打印层3后将凸出第一打印层1的第三打印层3区域切除。

切除的目的是为了使得第二打印层2开始打印时上方平整。切除的高度为第一打印层1的上表面往上。

步骤305：于第二导管5内注入第二液态材料22的同时注入第四液态材料24，第四液态材料24的体积等于第二水平钢筋放置区域23的体积和放置于第二水平钢筋放置区域23内的钢筋6体积的差值。

此处的步骤和步骤302一致，在此不做赘述。

其中还可以包括如下步骤：

步骤306：于第二竖直钢筋放置时间节点的同时在第二水平钢筋放置区域23取出混凝土，第二水平钢筋放置区域23和第二竖直钢筋放置区域21连通。

此处的步骤和步骤301一致，在此不做赘述。

步骤307：沿第二水平钢筋放置区域23的长度方向将钢筋6水平交错放置于第二液态材料22和第四液态材料24的混合料内，放置于第二水平钢筋放置区域23内的钢筋6之间以钢筋连接段的长度互相交错放置，第二液态材料22和第四液态材料24的混合料凝固后配合钢筋6形成第二水平加强筋。

此处的步骤和步骤303一致。摆放的方式如图8，

本申请实施例还包括对第一液态材料12的温度控制方法，该方法包括：

步骤400：获取当前环境温度。

当前环境温度为打印环境的温度。

步骤401：获取第一液态材料12的材料种类信息。

材料种类信息为液态材料的种类的信息。

步骤402：获取第二打印层2的打印时间信息。

打印时间信息为第二打印层2从开始打印到打印完毕的时间。

步骤403：获取第一水平钢筋放置区域13内放置钢筋6的第一水平放置时间和第二竖直钢筋放置区域21内放置钢筋6并去除第二导管5的第二竖直放置时间。

第一水平放置时间为从取出混凝土形成第一水平钢筋放置区域13到放入所有水平放置的钢筋6的时间长度。第二竖直放置时间为第二竖直钢筋放置区域21内从注入第一液态材料12和第三液态材料14开始计时到放置钢筋6最后去除第二导管5的时间。

步骤404：计算第一水平放置时间、打印时间信息和所有的第二竖直放置时间之和，将该和定义为冷却时间。

计算的目的是为了确定从注入第一液态材料12开始到第二打印层2同一个位置放入钢筋6的时间。

步骤405：根据预设的温度数据库中所存储的液态温度和冷却时间、当前环境温度以及材料种类信息进行匹配分析以确定该种类的液态材料经历冷却时间的时间长度后刚好处于从液态转变为固态的临界状态时的初始温度。

初始温度为从该温度开始经过冷却时间后，此时的状态刚好处于从液态转变为固态的临界状态的温度。即在冷却时间之后，第二竖直钢筋放置区域21内的钢筋6刚好进入第一液态材料12内时液态变成固态，钢筋6稳定在如图7的位置。数据库中存储有液态温度和冷却时间、当前环境温度以及材料种类信息的映射关系，由本领域工作人员根据大量的实验数据得到的结果。

步骤406：在注入第一液态材料12前将第一液态材料12加热至初始温度。

将第一液态材料12加热到初始温度，使得到第二竖直钢筋放置区域21的钢筋6放入后刚好处于对应的位置。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取图纸设计模型参数；

根据图纸设计模型参数分析出钢筋（6）长度和混凝土打印路径；

根据混凝土打印路径分析出钢筋放置区域，所述钢筋放置区域供钢筋（6）放置；

根据钢筋放置区域、钢筋（6）长度和混凝土打印路径分析出钢筋放置时间节点，所述钢筋放置时间节点将混凝土打印路径分成至少一层，所述混凝土打印路径包括至少一个打印层，将最底下的一个打印层定义为第一打印层（1），将最底下的一个打印层分层的钢筋放置时间节点定义为第一竖直钢筋放置时间节点，将位于第一打印层（1）的钢筋放置区域定义为第一竖直钢筋放置区域（11）；

于第一竖直钢筋放置时间节点时在第一竖直钢筋放置区域（11）插入第一导管（4），所述第一导管（4）和第一竖直钢筋放置区域（11）的内侧壁贴合；

于第一导管（4）内注入第一液态材料（12），所述第一液态材料（12）的体积等于第一导管（4）容积和钢筋（6）体积的差值；

沿第一导管（4）的长度方向将单个钢筋（6）放置于第一液态材料（12）内；

将第一导管（4）从第一竖直钢筋放置区域（11）取出直至第一液态材料（12）凝固，所述第一液态材料（12）凝固配合钢筋（6）形成第一竖直加强筋。

2.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，若混凝土打印路径包括至少二个打印层，则将导管取出后于液态材料固化前还包括如下步骤：

根据钢筋（6）长度和预设的钢筋连接段计算出第二打印层（2）的厚度，定义位于第一打印层（1）上侧的打印层为第二打印层（2）；

根据第二打印层（2）的厚度和第一竖直钢筋放置区域（11）分析出第二竖直钢筋放置区域（21）和第二竖直钢筋放置时间节点，所述第二竖直钢筋放置区域（21）和第一竖直钢筋放置区域（11）同轴且同径设置；

于第二竖直钢筋放置时间节点时在第二竖直钢筋放置区域（21）插入第二导管（5），所述第二导管（5）和第二竖直钢筋放置区域（21）的内侧壁贴合；

于第二导管（5）内注入第二液态材料（22），所述第二液态材料（22）的体积等于第二导管（5）容积和钢筋（6）体积之间的差值，所述第二液态材料（22）和第一液态材料（12）的材料种类相同；

沿第二导管（5）的长度方向将单个钢筋（6）放置于第二液态材料（22）并延伸至第一液态材料（12）内；

将第二导管（5）从第二竖直钢筋放置区域（21）取出并继续执行剩余第二打印层（2）的打印直至第二打印层（2）均打印完毕；

当第二打印层（2）均打印完毕时静置直至第二液态材料（22）和第一液态材料（12）均凝固，所述第一液态材料（12）和第二液态材料（22）凝固后配合放置同一轴线上的第一液态材料（12）和第二液态材料（22）内的钢筋（6）形成第二竖直加强筋。

3.根据权利要求2所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，将第二导管（5）从第二竖直钢筋放置区域（21）取出前的步骤还包括：

根据第一打印层（1）和第二打印层（2）分析出水平钢筋放置区域，所述水平钢筋放置区域包括位于第一打印层（1）上侧的第一水平钢筋放置区域（13）以及位于第二打印层（2）上侧的第二水平钢筋放置区域（23）；

于第一导管（4）内注入第一液态材料（12）的同时注入第三液态材料（14），所述第三液态材料（14）的体积等于第一水平钢筋放置区域（13）的体积和放置于第一水平钢筋放置区域（13）内的钢筋（6）体积的差值；

沿第一水平钢筋放置区域（13）的长度方向将钢筋（6）水平交错放置于第一液态材料（12）和第三液态材料（14）的混合料内，放置于第一水平钢筋放置区域（13）内的所述钢筋（6）之间以钢筋连接段的长度互相交错放置，所述第一液态材料（12）和第三液态材料（14）的混合料凝固后配合钢筋（6）形成第一水平加强筋；

将第一导管（4）从第一竖直钢筋放置区域（11）取出后执行第二打印层（2）的打印；

于第二导管（5）内注入第二液态材料（22）的同时注入第四液态材料（24），所述第四液态材料（24）的体积等于第二水平钢筋放置区域（23）的体积和放置于第二水平钢筋放置区域（23）内的钢筋（6）体积的差值；

沿第二水平钢筋放置区域（23）的长度方向将钢筋（6）水平交错放置于第二液态材料（22）和第四液态材料（24）的混合料内，放置于第二水平钢筋放置区域（23）内的所述钢筋（6）之间以钢筋（6）连接段的长度互相交错放置，所述第二液态材料（22）和第四液态材料（24）的混合料凝固后配合钢筋（6）形成第二水平加强筋。

4.根据权利要求3所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于：所有的所述第一导管（4）的体积之和大于第一水平钢筋放置区域（13）和第一竖直钢筋放置区域（11）除去放置于第一水平钢筋放置区域（13）和第一竖直钢筋放置区域（11）内的钢筋（6）后剩余的体积之和，所有的所述第二导管（5）的体积之和大于第二水平钢筋放置区域（23）和第二竖直钢筋放置区域（21）除去放置于第二水平钢筋放置区域（23）和第二竖直钢筋放置区域（21）内的钢筋（6）后剩余的体积之和。

5.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于：所述钢筋（6）上涂覆有第五液态材料（61），所述第五液态材料（61）和所述第一液态材料（12）为同种材料。

6.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，还包括将第一导管（4）从第一竖直钢筋放置区域（11）取出的方法，该方法包括：

获取第一导管（4）的类型信息；

于第一导管（4）的类型信息为光滑直管时直接以抬升速度将第一导管（4）拉出；

于第一导管（4）的类型信息为带凸起导管时通过预设的角速度和抬升速度以螺旋方式将第一导管（4）旋出形成螺旋路径，所述第一导管（4）的体积还包括螺旋路径的体积。

7.根据权利要求4所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，将第一导管（4）从第一竖直钢筋放置区域（11）取出后的步骤还包括：

获取第一水平加强筋凸出第一打印层（1）的高度差信息；

于高度差信息为正值时将凸出部分切除，所述凸出部分为第一水平加强筋伸出第一打印层（1）的部分。

8.根据权利要求7所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，若高度差信息为负值时还包括如下步骤：

打印一层第三打印层（3），所述第三打印层（3）的厚度为一层混凝土的厚度；

打印完第三打印层（3）后将凸出第一打印层（1）的第三打印层（3）区域切除。

9.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于，还包括对第一液态材料（12）的温度控制方法，该方法包括：

获取当前环境温度；

获取第一液态材料（12）的材料种类信息；

获取第二打印层（2）的打印时间信息；

获取第一水平钢筋放置区域（13）内放置钢筋（6）的第一水平放置时间和第二竖直钢筋放置区域（21）内放置钢筋（6）并去除第二导管（5）的第二竖直放置时间；

计算第一水平放置时间、打印时间信息和所有的第二竖直放置时间之和，将该和定义为冷却时间；

根据预设的温度数据库中所存储的液态温度和冷却时间、当前环境温度以及材料种类信息进行匹配分析以确定该种类的液态材料经历冷却时间的时间长度后刚好处于从液态转变为固态的临界状态时的初始温度；

在注入第一液态材料（12）前将第一液态材料（12）加热至初始温度。

10.根据权利要求2所述的用于3D打印混凝土结构的原位连续配筋方法，其特征在于：所述钢筋（6）的一端具有螺旋状片体（62）。

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