CN205476499U - 一种建筑水平向3d打印支模装置及打印系统 - Google Patents

Abstract

针对建筑结构水平构件众多，而目前尚无有效的装置及方法进行3D打印的现状，以及建筑工程内部空间足够大的特点，本实用新型提供了一种建筑水平向3D打印支模装置及打印系统，该支模装置，包括至少一个支模单元，每个支模单元包括由下至上依次设置的底板车、剪叉结构以及模板，底板车能够进行水平移动，剪叉结构能够伸缩，使得所述模板远离或者靠近所述底板车，所有支模单元的模板覆盖待打印区域内除已打印竖向构件以外的区域；通过在建筑体内部设置可移动的模板，一方面可为水平构件的3D打印提供临时性的支撑，实现建筑水平构件的打印施工；另一方面可在本区域3D打印完成后进行移动，实现3D打印支模装置的循环使用，提高了使用效率。

Description

一种建筑水平向3D打印支模装置及打印系统

技术领域

本实用新型属于建筑施工领域，尤其涉及一种支模装置及打印系统。

背景技术

3D打印技术即三维打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它与普通打印机工作原理基本相同，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打印技术的发展并逐渐成熟，3D打印技术给制造业带来技术革新。在劳动力密集型的建筑行业，如能引入3D打印技术进行工程施工生产，在施工效率，生产成本，工程工期，机械化自动化水平提高等方面均能有很大程度的提高。

建筑结构中，水平向构件(以下简称水平构件)众多，然而，现有建筑用3D打印装置无法直接进行水平构件的3D打印。而小型模型中使用可溶解材料作为结构物支撑的方法并不适用于建筑工程，因为建筑材料耗费巨大，且后期处理困难。

此外，现有打印系统只有一个打印头，打印效率较低，且打印头需要在水平打印平面内进行X向(即打印头横梁的轴向)与Y向(即轨道横梁的轴向)的双向运动导致整个系统控制复杂、可靠性较低。

实用新型内容

针对建筑结构水平构件众多，而目前尚无有效的装置及方法进行3D打印的现状，以及建筑工程内部空间足够大的特点，本实用新型提供了一种建筑水平向3D打印支模装置及打印系统，通过在建筑体内部设置可移动的模板，一方面可为水平构件的3D打印提供临时性的支撑，实现建筑水平构件的打印施工，另一方面可在本区域3D打印完成后进行移动，实现3D打印支模装置的循环使用，提高了使用效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种建筑水平向3D打印支模装置，包括至少一个支模单元，每个支模单元包括由下至上依次设置的底板车、剪叉结构以及模板，所述底板车能够进行水平移动，所述剪叉结构能够伸缩，使得所述模板远离或者靠近所述底板车，所有所述支模单元的模板覆盖待打印区域内除已打印竖向构件以外的区域。

本实用新型还公开了一种建筑水平向3D打印系统，包括如上所述的建筑水平向3D打印支模装置。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，还包括打印装置，所述打印装置包括一对平行轨道横梁、打印头横梁、若干打印头杆以及若干打印头，所述打印头横梁设置于所述平行轨道横梁之间且能够沿着所述平行轨道横梁移动，所述打印头杆的一端固定连接于所述打印头横梁上，所述打印头杆的另一端设置所述打印头，所述若干打印头杆密布于整根所述打印头横梁上。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述打印头杆能够伸缩，带动所述打印头上下移动，各所述打印头独立控制。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述打印头横梁的两端分别与对应的轨道横梁通过滑块连接，所述轨道横梁为C型空腔梁，所述滑块与所述轨道横梁的C型空腔相匹配，所述打印头横梁的两端分别与嵌设于所述轨道横梁的C型空腔内的对应的滑块固定连接。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述打印装置还包括打印头横梁驱动机构，所述打印头横梁驱动机构设置于所述滑块上，所述打印头横梁驱动机构包括驱动电机、传动机构以及滚轮对，所述滚轮对与所述轨道横梁的C型空腔的内壁相接触，所述驱动电机经所述传动机构带动所述滚轮对转动，使得所述滑块能够沿着所述轨道横梁移动。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，还包括电动爬升装置，所述电动爬升装置设置于已打印建筑体的外立面上，所述电动爬升装置能够带动所述打印装置在竖直方向上移动。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述电动爬升装置包括竖向导轨以及电动爬升构件，所述电动爬升构件能够沿着所述竖向导轨移动并能够固定于所述竖向导轨上，所述竖向导轨固定于已打印建筑体的外立面上，所述竖向导轨包括若干导轨段，所述导轨段分别通过附墙构件固定于已打印建筑体的外立面上，且相邻的导轨段首尾连接。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述附墙构件的形状呈V型，所述附墙构件包括两根附墙连杆，所述两根附墙连杆的一端连接在一起并与所述导轨段螺栓连接，所述两根附墙连杆的另一端分别与所述已打印建筑体的两个相邻外立面上的预埋螺栓锁紧固定。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型的建筑水平向3D打印支模装置及打印系统，采用由下至上依次设置的底板车、剪叉结构以及模板，所述底板车能够进行水平移动，所述剪叉结构能够伸缩，使得所述模板远离或者靠近所述底板车，从而建筑体内设置可移动的模板，一方面可为水平构件的3D打印提供临时性的支撑，实现建筑水平构件的打印施工；另一方面可在本区域3D打印完成后进行移动，实现3D打印支模装置的循环使用，提高了使用效率。

(2)本实用新型的建筑水平向3D打印系统，针对建筑结构通常体量巨大，现有打印系统只有一个打印头，打印效率较低，且打印头需要在水平打印平面内进行X向(即打印头横梁的轴向)与Y向(即轨道横梁的横向)的双向运动导致整个系统控制复杂、可靠性较低的技术问题，本实用新型通过在每根打印头横梁上设置密布的打印头，一方面将水平打印面内即打印系统的XY平面内的双向移动转换为单向移动，简化了控制系统，提高了3D打印系统的可靠性；另一方面，打印头横梁的每次移动可以进行一层的打印，提高了效率。

(3)本实用新型的建筑水平向3D打印系统，所述竖向导轨包括若干导轨段，所述导轨段分别通过附墙构件固定于已打印建筑的外立面上，且相邻的导轨段首尾连接。所述竖向导轨不但为3D打印系统提供了稳定的支撑，而且随着建筑的升高，可以通过不断的增设导轨段加高竖向导轨，配合电动爬升构件的爬升，能够实现打印装置的稳定连续爬升，以适应建筑的高度变化。

(4)本实用新型的建筑水平向3D打印系统，所述附墙构件的形状呈V型，所述附墙构件包括两根附墙连杆，所述两根附墙连杆的一端连接在一起并与所述导轨段螺栓连接，所述两根附墙连杆的另一端分别与所述已打印建筑的两个相邻外立面上的预埋螺栓锁紧固定，从而可以使得竖向导轨更加稳定的固定于已打印的建筑上，进一步提高打印的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的建筑水平向3D打印系统的立体示意图；

图2为本实用新型一实施例的建筑水平向3D打印系统的俯视示意图；

图3为本实用新型一实施例的建筑水平向3D打印支模装置的正视示意图；

图4为本实用新型一实施例的建筑水平向3D打印支模装置的侧视示意图；

图5为本实用新型一实施例中密布打印头杆的打印头横梁的结构示意图；

图6为图5的A-A剖视图。

图中：1-建筑体、2-打印头横梁、3-轨道横梁3、4-底板车、5-剪叉结构、6-模板、7-竖向构件、8-水平构件、9-打印头杆、10-打印头、11-联系梁、12-滑块、13-竖向导轨、14-电动爬升构件、15-附墙构件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本实用新型的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本实用新型技术方案的限制。

实施例一

请参阅图1至图6，本实施例以大体量建筑体的3D打印施工为例，公开了一种建筑水平向3D打印支模装置。为了明确方向关系，建立XYZ直角坐标系，其中建筑体1高度方向作为Z轴，打印头横梁2的轴向作为X轴，轨道横梁3的轴向作为Y轴。该建筑水平向3D打印支模装置，包括至少一个支模单元，每个支模单元包括由下至上依次设置的底板车4、剪叉结构5以及模板6所述底板车4能够进行水平移动，所述剪叉结构5能够伸缩，使得所述模板6远离或者靠近所述底板车4，所述剪叉结构5具有结构简单、伸缩性好、稳定性强等优良特性，剪叉结构5的具体结构为现有技术，故在此不进行具体展开。所有所述支模单元的模板6覆盖待打印区域内除已打印竖向构件7以外的区域。

本实用新型通过采用由下至上依次设置的底板车4、剪叉结构5以及模板6，所述底板车4能够进行水平移动，所述剪叉结构5具有结构简单、伸缩性好、稳定性强等优点，剪叉结构5能够伸缩并进行锁定，使得所述模板6能够远离或者靠近所述底板车4，从而在建筑体1内设置可移动的模板6，一方面可为水平构件8的3D打印提供临时性的支撑，以实现水平构件8的打印施工；另一方面可在本区域3D打印完成后进行移动，实现3D打印支模装置的循环使用，提高了使用效率。

实施例二

请继续参阅图1至图6，本实施例公开了一种建筑水平向3D打印系统，包括如实施例一所述的建筑水平向3D打印支模装置。

在本实施例的建筑水平向3D打印系统中，还包括打印装置与电动爬升装置。所述电动爬升装置设置于已打印建筑体1的外立面上，所述电动爬升装置能够带动所述打印装置在竖直方向上移动；所述打印装置包括一对平行轨道横梁3、打印头横梁2、若干打印头杆9以及若干打印头10，所述打印头横梁2设置于所述平行轨道横梁3之间且能够沿着所述平行轨道横梁3移动，所述打印头杆9的一端固定连接于所述打印头横梁2上，所述打印头杆9的另一端设置所述打印头10，所述若干打印头杆9密布于整根所述打印头横梁2上。本实用新型通过在每根打印头横梁2上设置密布的打印头10，一方面将水平打印面内即打印系统的XY平面内的双向移动转换为单向移动，简化了控制系统，提高了3D打印系统的可靠性；另一方面，打印头横梁2的每次移动可以进行一层(即建筑横截面打印层或者建筑横截面层)的打印，提高了效率。

为了提高平行轨道横梁3的稳定性，以提高3D打印的可靠性和安全性,将本实施例的平行轨道横梁3的同侧端通过一对平行的联系梁11连接。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述打印头杆9能够伸缩，带动所述打印头10上下移动，所述打印头杆9的伸缩范围为0～200mm，从而可以实现打印头10在竖直方向即Z向的移动。所述打印头杆9上可以具有用于伸缩所述打印头10的伸缩机构，以实现带动打印头10的上下移动。伸缩机构为本领域常规技术手段，此处不进行赘述。各所述打印头独立控制。优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，各所述打印头10独立控制。也就是说，每个打印头10是否用于打印是可以独立控制的，以便于打印出不同的造型。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述打印头横梁2的两端分别与对应的轨道横梁3通过滑块12连接，所述轨道横梁3为C型空腔梁，所述滑块12与所述轨道横梁3的C型空腔相匹配，所述打印头横梁2的两端分别与嵌设于所述轨道横梁3的C型空腔内的对应的滑块12固定连接，所述打印装置还包括打印头横梁2驱动机构，所述打印头横梁2驱动机构设置于所述滑块12上。所述打印头横梁2驱动机构为现有技术，故未图示，可以采用如下结构：所述打印头横梁2驱动机构包括驱动电机、传动机构以及滚轮对，所述滚轮对与所述轨道横梁3的C型空腔的内壁相接触，所述驱动电机经所述传动机构带动所述滚轮对转动，使得所述滑块12能够沿着所述轨道横梁3移动。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述电动爬升装置包括竖向导轨13以及电动爬升构件14，所述电动爬升构件14能够沿着所述竖向导轨13移动并能够固定于所述竖向导轨13上，所述竖向导轨13固定于已打印建筑体1的外立面上，所述竖向导轨13包括若干导轨段，所述导轨段分别通过附墙构件15固定于已打印建筑体1的外立面上，且相邻的导轨段首尾连接。所述竖向导轨13不但为3D打印系统提供了稳定的支撑，而且随着建筑的升高，可以通过不断的增设导轨段加高竖向导轨13，配合电动爬升构件14的爬升，能够实现打印装置的稳定连续爬升，以适应建筑体1的高度变化。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印系统中，所述附墙构件15的形状呈V型，所述附墙构件15包括两根附墙连杆，所述两根附墙连杆的一端连接在一起并与所述导轨段螺栓连接，所述两根附墙连杆的另一端分别与所述已打印建筑体1的两个相邻外立面上的预埋螺栓锁紧固定，从而可以使得竖向导轨13更加稳定的固定于已打印的建筑体1上，进一步提高打印的安全性和可靠性。

实施例三

请继续参阅图1至图6，本实施例公开了一种建筑水平向3D打印方法，采用如实施例一所述建筑水平向3D打印支模装置，包括如下步骤：

步骤1、3D打印完成竖向构件7的打印工作；

步骤2、至少一辆底板车4带着对应的剪叉结构5和模板驶入相应建筑空间内；

步骤3、底板车4到达各建筑空间内预定位置并且停好；

步骤4、启动剪叉结构5，对对应的模板6进行顶升；

步骤5、顶升模板6到达预定水平高度，并进行锁定，使得待打印区域(即预定水平标高内的平面)被已打印竖向构件7和模板6填充完毕；

步骤6、进行水平标高上整个建筑范围内的3D水平向打印工作；

步骤7、完成水平向打印工作后，剪叉结构5收缩；

步骤8、底板车4带动对应的剪叉结构5和模板6驶离开该建筑空间，驶向下一个需要模板6的地点。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印方法中，所述步骤1具体包括如下子步骤：

步骤1-1、安装如实施例二所述的建筑水平向3D打印系统，使所述竖向导轨13稳定附着于所述已打印建筑体1的外立面，所述打印装置的打印头位于待打印竖向构件7区域上方适当高度；

步骤1-2、驱动所有打印头跟随打印头横梁2沿着所述轨道横梁3移动一次，完成一层建筑横截面层打印，接着，提高打印头至一定高度，驱动所有打印头跟随打印头横梁2沿着所述轨道横梁3反向移动一次，在刚打印完的建筑横截面层上完成新一层建筑横截面层的打印，如此往复，自下向上逐层打印各建筑横截面层，直至完成竖向构件7的打印施工。

优选的，在上述的建筑水平向3D打印方法中，在步骤1-2中，通过所述打印头杆9调整所述打印头10的高度，当打印头10的需要打印高度超过打印头杆9的调节范围时，加长所述竖向导轨13至预定高度，所述电动爬升构件14带动整个打印装置向上爬升一预定距离，以满足打印头10的打印高度需求。

需要说明的是，打印完成的竖向构件7和水平构件8最终构成了完整的建筑体1。

本实用新型通过采用由下至上依次设置的底板车4、剪叉结构5以及模板6，所述底板车4能够进行水平移动，剪叉结构5能够伸缩并进行锁定，使得所述模板6能够远离或者靠近所述底板车4，从而在建筑体1内设置可移动的模板，一方面可为水平构件8的3D打印提供临时性的支撑，实现建筑水平构件8的打印施工，另一方面可在本区域3D打印完成后进行移动，实现3D打印支模装置的循环使用，提高了使用效率。

本实用新型针对建筑体1结构通常体量巨大，现有打印系统只有一个打印头，打印效率较低，且打印头需要在水平打印平面内进行X向(即打印头横梁2的轴向)与Y向(即轨道横梁3的横向)的双向运动导致整个系统控制复杂、可靠性较低的技术问题，本实用新型通过在每根打印头横梁2上设置密布的打印头10，一方面将水平打印面内即打印系统的XY平面内的双向移动转换为单向移动，提高了3D打印系统的可靠性；另一方面打印头横梁2的每次移动可以进行一层的打印，提高了效率。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种建筑水平向3D打印支模装置，其特征在于，包括至少一个支模单元，每个支模单元包括由下至上依次设置的底板车、剪叉结构以及模板，所述底板车能够进行水平移动，所述剪叉结构能够伸缩，使得所述模板远离或者靠近所述底板车，所有支模单元的模板覆盖待打印区域内除已打印竖向构件以外的区域。

2.一种建筑水平向3D打印系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的建筑水平向3D打印支模装置。

3.如权利要求2所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，还包括打印装置，所述打印装置包括一对平行轨道横梁、打印头横梁、若干打印头杆以及若干打印头，所述打印头横梁设置于所述平行轨道横梁之间且能够沿着所述平行轨道横梁移动，所述打印头杆的一端固定连接于所述打印头横梁上，所述打印头杆的另一端设置所述打印头，所述若干打印头杆密布于整根所述打印头横梁上。

4.如权利要求3所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，所述打印头杆能够伸缩，带动所述打印头上下移动，各所述打印头独立控制。

5.如权利要求3所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，所述打印头横梁的两端分别与对应的轨道横梁通过滑块连接，所述轨道横梁为C型空腔梁，所述滑块与所述轨道横梁的C型空腔相匹配，所述打印头横梁的两端分别与嵌设于所述轨道横梁的C型空腔内的对应的滑块固定连接。

6.如权利要求5所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，所述打印装置还包括打印头横梁驱动机构，所述打印头横梁驱动机构设置于所述滑块上，所述打印头横梁驱动机构包括驱动电机、传动机构以及滚轮对，所述滚轮对与所述轨道横梁的C型空腔的内壁相接触，所述驱动电机经所述传动机构带动所述滚轮对转动，使得所述滑块能够沿着所述轨道横梁移动。

7.如权利要求3所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，还包括电动爬升装置，所述电动爬升装置设置于已打印建筑体的外立面上，所述电动爬升装置能够带动所述打印装置在竖直方向上移动。

8.如权利要求7所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，所述电动爬升装置包括竖向导轨以及电动爬升构件，所述电动爬升构件能够沿着所述竖向导轨移动并能够固定于所述竖向导轨上，所述竖向导轨固定于已打印建筑体的外立面上，所述竖向导轨包括若干导轨段，所述导轨段分别通过附墙构件固定于已打印建筑体的外立面上，且相邻的导轨段首尾连接。

9.如权利要求8所述的建筑水平向3D打印系统，其特征在于，所述附墙构件的形状呈V型，所述附墙构件包括两根附墙连杆，所述两根附墙连杆的一端连接在一起并与所述导轨段螺栓连接，所述两根附墙连杆的另一端分别与所述已打印建筑体的两个相邻外立面上的预埋螺栓锁紧固定。