CN205476509U - 一种区块分布式单轴3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种区块分布式单轴3D打印装置，涉及建筑施工技术领域，针对现有3D打印装置的单打印头工作效率低且精度不高的问题。它包括爬升装置和打印装置，爬升装置包括固定于已打印建筑体的外立面的爬升导轨以及能够沿着爬升导轨相对于已打印建筑体竖向移动的爬升构件，爬升装置能够带动打印装置相对于已打印建筑体爬升或下降；打印装置包括与爬升构件顶端刚性连接的轨道框架以及打印头横梁，轨道框架包括若干平行间隔设置的轨道横梁和连系梁，轨道横梁和连系梁相交固接组成网格结构，网格结构的网格单元中相邻的两个轨道横梁之间设置一根打印头横梁，打印头横梁两端能够沿着轨道横梁滑动，每根打印头横梁上密布打印头。

Description

一种区块分布式单轴3D打印装置

技术领域

本实用新型涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种区块分布式单轴3D打印装置。

背景技术

3D打印建筑具有自动化程度高、一次成型、建筑耗材和工艺损耗少的优势。建筑结构通常体量巨大，然而，现有的3D打印装置本身体积较小，仅限于住宅建筑、小型场馆等小体量建筑的施工，而无法较好地适用于体量巨大的建筑物施工中，而且其打印头横梁上只设置一个打印头(即单打印头)，打印效率极低。其，因此，如何提供一种适用于大体量建筑物施工的性能可靠、打印效率高且打印精度高的区块分布式单轴3D打印装置及其打印方法，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有3D打印装置的单打印头工作效率低下，打印精度不高，不能满足大体量建筑物的施工需要的问题，本实用新型的目的是提供一种区块分布式单轴3D打印装置，打印装置通过在轨道框架内增加平行间隔设置的轨道横梁和连系梁，轨道横梁和连系梁相交固接形成网格结构，网格结构包括若干面积相等的网格单元，每个网格单元内设置打印头横梁，打印头横梁上密布打印头，从而不仅缩短了单个打印头横梁的长度，减小了打印头横梁的挠度，防止打印头横梁产生竖向位移，而且打印头与打印头横梁同步移动，从而提高了打印精度。而且通过在打印头横梁上密布打印头，将打印头在水平打印面上的双向运动变为单向运动，有效提高了整个3D打印装置的可靠性，而且，密布设置于打印头横梁上的打印头在水平打印面上每移动一次即可完成一层建筑横截面层的打印，显著提高了打印效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种区块分布式单轴3D打印装置，包括：爬升装置和打印装置，所述爬升装置包括固定于已打印建筑体的外立面的爬升导轨以及能够沿着所述爬升导轨相对于所述已打印建筑体竖向移动的爬升构件，所述爬升装置能够带动所述打印装置相对于所述已打印建筑体爬升或下降；所述打印装置包括与所述爬升构件顶端刚性连接的轨道框架以及打印头横梁，所述轨道框架包括若干平行间隔设置的轨道横梁和连系梁，所述轨道横梁和连系梁相交固接组成网格结构，所述网格结构的网格单元中相邻的两个轨道横梁之间设置一根所述打印头横梁，所述打印头横梁两端能够沿着所述轨道横梁滑动，每根所述打印头横梁上密布打印头。

进一步地，所述打印头横梁的两端设有滑块，所述轨道横梁上设有与所述滑块滑动配合且横截面呈C形的滑道，使得所述打印头横梁的两端能够沿所述轨道横梁的滑道滑动。

进一步地，还包括打印头杆，所述打印头通过所述打印头杆与所述打印头横梁固定连接，所述打印头杆能够伸缩。

进一步地，所述轨道框架的底部还固接有若干竖杆，所述轨道框架通过所述竖杆与所述爬升构件的顶端刚性连接。

进一步地，所述爬升导轨通过若干附墙连杆固定于所述已打印建筑体的外立面。

本实用新型的效果在于：本实用新型的区块分布式单轴3D打印装置，在打印装置的轨道框架上分别增加若干平行间隔设置的轨道横梁和连系梁，使得轨道横梁与连系梁垂直相交固接形成网格结构，网格结构包括若干面积相等的网格单元，每个网格单元中平行的两个轨道横梁之间设置一个打印头横梁，打印头横梁上密布与其同步移动的打印头，从而通过缩短单个打印头横梁的长度，来防止打印头横梁产生竖向位移，提高了打印精度。而且，打印头与打印头横梁同步移动，将打印头在水平面上的双向移动变为单向移动，有效提高了整个3D打印装置的可靠性。而且，密布设有打印头的打印头横梁在水平打印面上每移动一次即可完成一层建筑横截面层的打印，显著提高了打印效率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例区块分布式单轴3D打印装置安装于已打印建筑体上的示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本实用新型一实施例中打印头横梁的俯视图；

图4为本实用新型一实施例中打印头横梁和打印头的连接示意图。

图中：

10-已打印建筑体；20-爬升导轨；30-爬升构件；40-打印装置，42-打印头横梁，43-轨道横梁，44-连系梁，45-滑块，46-附墙连杆；50-打印头，打印头杆51。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种区块分布式单轴3D打印装置作进一步详细说明。根据下面的说明，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

结合图1至图4说明本实用新型的区块分布式单轴3D打印装置，本实施例以大体量建筑物的3D打印施工为例，为了明确方向关系，按需要设置了将z轴方向作为已打印建筑体10高度延伸方向的xyz直角坐标系。

请参考图1至图4，上述区块分布式单轴3D打印装置包括爬升装置(未图示)和打印装置40，爬升装置包括固定于已打印建筑体10的外立面的爬升导轨20以及能够沿着爬升导轨20相对于已打印建筑体10竖向移动的爬升构件30，爬升装置能够带动打印装置40相对于已打印建筑体10爬升或下降；打印装置40包括与爬升构件30顶端刚性连接的轨道框架(未图示)以及打印头横梁42，轨道框架包括若干相交固接的轨道横梁43和连系梁44组成的网格结构，轨道横梁43和连系梁44分别平行间隔设置，为了尽可能防止轨道横梁43产生挠度，使得连系梁44的两端分别与轨道框架边缘的轨道横梁43固定连接，连系梁44的中部固接于轨道框架内部的轨道横梁43的上方，网格结构的网格单元(一对平行间隔设置的轨道横梁43与另外一对平行且间隔设置的连系梁44首尾相接形成的一个水平框架结构)的相邻且平行的两个轨道横梁43之间设置一根打印头横梁42，打印头横梁42两端能够沿着轨道横梁43滑动，每根打印头横梁42上密布打印头50。

前述刚性连接为焊接、螺栓连接等，本实施例优选螺栓连接，可实现打印装置40与爬升构件30的快速组装及拆卸。另外需指出的是，打印装置40和爬升构件30均与动力控制系统通信连接，因动力控制系统不在本实用新型权利要求的保护范围内，故对其结构及连接关系不作具体阐述。由于爬升导轨20附着固定于已打印建筑体10的外立面，从而爬升导轨20可以采用逐步加长升高的方式随着已打印建筑体10的升高而升高，具体方法可以参照起重塔吊施工中塔身标准节的增高原理，此处不做赘述。而且为了保证爬升构件30的正常爬升，该爬升导轨20的高度大于对应的已打印建筑体10横截面层的高度。该爬升导轨20同时作为打印装置40的支撑装置。

针对目前建筑体结构体量巨大，而现有3D打印装置不仅打印尺度有局限，打印精度不高，而且只有一个打印头，无法应用于大体量建筑物施工的缺陷，本实用新型的区块分布式单轴3D打印装置，在打印装置40的轨道框架上设置若干平行间隔设置的轨道横梁43，在轨道框架的另外两侧的连系梁44内增设若干平行且等间距设置的连系梁44，从而将打印装置40划分为若干个等面积的打印区块。与常规的仅由一对平行设置的轨道横梁43与一对平行设置的连系梁44组成的框架结构式轨道框架相比，本实用新型在轨道框架内增设若干平行且等间距设置的轨道横梁43，本实用新型的打印装置40中每个网格单元内的相邻的两个轨道横梁43之间设置一根打印头横梁42，打印头横梁42上密布能够独立控制的打印头50，从而将打印装置40的每个网格单元中XY平面内由双向移动打印变为单向移动打印，有效提高了3D打印装置40的可靠性，而且由于每根打印头横梁42上均密布打印头50，故无需移动打印头50，而仅需在XY水平打印面上移动一次打印头横梁42即可完成一个层横截面层的打印，显著提高了打印效率此外，将打印装置40划分为若干个等面积的打印区块，缩短了单根打印头横梁42的长度，减小了打印头横梁42的挠度，防止打印头横梁42产生竖向位移，而且打印头50与打印头横梁42同步移动，也就是说，打印头50在打印头杆51的作用下，仅能够改变垂直方向的伸长量，而不可沿着打印头横梁42滑动，从而提高了打印精度。当然，通过在已打印建筑体10外立面设置爬升导轨20，爬升构件30在动力控制系统的控制下沿着爬升导轨20进行爬升和下降运动，而爬升构件30与轨道框架固定连接，从而使得爬升构件30能够带动打印装置40逐步相对于已打印建筑体10逐步地相对于已打印建筑体1沿z轴向上移动，进而使得打印装置40在自动化爬升的同时完成建筑体各横截面层自下向上的逐层打印施工。

较佳地，本实施例打印装置40的打印头横梁42的两端设有滑块45，轨道横梁43上设有与滑块45滑动配合且横截面呈C形的滑道(未图示)，使得打印头横梁42的两端能够沿轨道框架的滑道(即x轴方向)自由滑动。由于滑块45均能够安全可靠地嵌装在滑道的C形开口腔内，因此，上述结构能够保证打印头横梁42在轨道横梁43上稳定运行。

较佳地，为实现打印头50与打印头横梁42的稳定连接，以及实现每个打印头50的独立控制，打印头50与打印头横梁42之间通过打印头杆51固定连接。打印头杆51能够伸缩，带动打印头50上下移动，从而控制打印头50在Z轴方向的移动。而且，为了实现打印不同造型的建筑物，每个打印头50是否喷出建筑物料进行打印时可以独立控制的。

优选地，轨道框架的底部还固接有若干竖杆(未图示)，轨道框架通过竖杆与所述爬升构件30的顶端刚性连接，竖杆不但是轨道框架与爬升构件30的连接构件，而且还调整了两者的间距，以保证打印装置40与作业面保持适当的工作距离。

较佳地，请参阅图3，为了保证打印头横梁42沿着位于其两端的轨道横梁43正常匀速滑动，打印头横梁42的两端还设有连接板45，连接板45与打印头横梁42垂直固接，连接板45位于轨道横梁43内且能够沿着轨道横梁43滑动。

较佳地，为了取材方便，方便爬升导轨20的安装和拆卸，提高爬升导轨20与已打印建筑体10的连接牢固性，爬升导轨20通过若干附墙连杆46固定于已打印建筑体10的外立面。也就是说，附墙连杆46将爬升导轨20的荷载传递至已打印建筑10标高相等且相邻的两面墙上，从而防止爬升导轨20倾覆。为了进一步增加爬升导轨20的安装稳定性，爬升导轨20的底端固定于地面上。

请继续参考图1至图4，本实施例还提供了本实用新型的区块分布式单轴3D打印装置的打印方法，本实施例是以标高±0.000以上的建筑物的施工为例，具体步骤如下：

S001：安装区块分布式单轴3D打印装置，使轨道框架稳定附着在已打印建筑体10的外立面，使打印装置40的打印头50位于已打印建筑体10上方适当高度，并位于初始位置；

S002：通过动力控制系统向打印装置40发送控制指令，使各打印头横梁42沿着轨道横梁43移动，同时控制与打印头横梁42同步移动的打印头50喷出建筑物料，打印头横梁42每移动一次，即完成当前横截面层的打印施工；

S003：当前横截面层打印结束后，加长爬升导轨20至预定高度，并通过动力控制系统向爬升构件30发送控制指令，使轨道框架脱离已打印建筑体10的外立面，并通过爬升构件30的爬升，带动该轨道框架向上移动一设定距离并稳定附着于已打印建筑体10的外立面，从而将打印装置40顶升至上一层待打印横截面层所在的高度；

S004：反复上述步骤S002和S003，自下向上逐层打印各横截面层直至完成建筑物整体的打印施工。

该打印方法，首先通过控制打印头横梁42在建筑物当前横截面层移动一次即完成该横截面层的打印，待当前横截面层打印完成后，加长爬升导轨20至预定高度处，启动控制装置使得爬升构件30能够相对于已打印建筑体10逐步向上爬升，进而使得轨道框架带动打印装置40顶升至上一层待打印横截面层的打印高度，如此循环，实现打印装置40逐层打印并整体爬升；该打印方法通过驱动密布打印头的打印头横梁移动一次即可完成该横截面层的打印施工，提高了打印工作效率，而且爬升导轨20与已打印建筑体10通过附墙连杆46固定连接，保证了打印施工的安全性。

优选的，步骤S004后还包括步骤S005，拆除区块分布式单轴3D打印装置：待建筑物打印完成后，断开爬升构件30与轨道框架之间的连接，使得与轨道框架固定连接的打印装置40脱离已打印建筑体10，整体吊运区块分布式单轴3D打印装置；或者，松开轨道框架的竖杆与爬升构件30顶端的螺栓连接，并使爬升构件30脱离已打印建筑体10的外立面，分别吊运打印装置40和爬升构件30以及爬升导轨20。

上述步骤S001中，所述已打印建筑体10的高度需小于爬升导轨20的高度，可直接将打印装置40架设于平整坚固的地坪表面施工所述已打印建筑体10，待已打印建筑体10具有足够的高度，将爬升导轨20稳定附着于其外立面，并将连接有打印装置40的轨道框架连接在与爬升导轨20配合设置的爬升构件30的顶端。

综上所述，本实用新型的区块分布式单轴3D打印装置，在轨道框架内分别增加若干平行间隔设置的轨道横梁43和连系梁44，使得轨道横梁43与连系梁44垂直相交固接，形成网格结构，网格结构包括若干面积相等的网格单元，每个网格单元中平行的两个轨道横梁之间设置一个打印头横梁42，打印头横梁42上密布可独立控制的打印头50，从而不仅缩短了单个打印头横梁42的长度，减小了打印头横梁42的挠度，防止打印头横梁产生竖向位移，而且打印头50与打印头横梁40同步移动，从而提高了打印精度。而且，通过在打印头横梁42上密布与其同步移动的打印头50，将打印头50在水平打印面上的双向运动变为单向运动，有效提高了整个3D打印装置40的可靠性。而且，密布设有打印头50的打印头横梁42在水平打印面上每移动一次即可完成一层建筑横截面层的打印，显著提高了打印效率。此外，通过在已打印建筑体10外立面设置爬升导轨20，爬升构件30在动力控制系统的控制下沿着爬升导轨20进行爬升和下降运动，而爬升构件30与轨道框架固定连接，从而使得爬升构件30能够带动打印装置40逐步地相对于已打印建筑体10向上爬升，进而使得打印装置40在自动化爬升的同时完成建筑体各横截面层自下向上的逐层打印施工。

当然，本实用新型提供的区块分布式单轴3D打印装置也可以应用于其他大体积工业产品的生产中。

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 (5)

1.一种区块分布式单轴3D打印装置，其特征在于，包括：爬升装置和打印装置，所述爬升装置包括固定于已打印建筑体的外立面的爬升导轨以及能够沿着所述爬升导轨相对于所述已打印建筑体竖向移动的爬升构件，所述爬升装置能够带动所述打印装置相对于所述已打印建筑体爬升或下降；所述打印装置包括与所述爬升构件顶端刚性连接的轨道框架以及打印头横梁，所述轨道框架包括若干平行间隔设置的轨道横梁和连系梁，所述轨道横梁和连系梁相交固接组成网格结构，所述网格结构的网格单元中相邻的两个轨道横梁之间设置一根所述打印头横梁，所述打印头横梁两端能够沿着所述轨道横梁滑动，每根所述打印头横梁上密布打印头。

2.根据权利要求1所述的区块分布式单轴3D打印装置，其特征在于，所述打印头横梁的两端设有滑块，所述轨道横梁上设有与所述滑块滑动配合且横截面呈C形的滑道，使得所述打印头横梁的两端能够沿所述轨道横梁的滑道滑动。

3.根据权利要求1所述的区块分布式单轴3D打印装置，其特征在于，还包括打印头杆，所述打印头通过所述打印头杆与所述打印头横梁固定连接，所述打印头杆能够伸缩。

4.根据权利要求1所述的区块分布式单轴3D打印装置，其特征在于，所述轨道框架的底部还固接有若干竖杆，所述轨道框架通过所述竖杆与所述爬升构件的顶端刚性连接。

5.根据权利要求1所述的区块分布式单轴3D打印装置，其特征在于，所述爬升导轨通过若干附墙连杆固定于所述已打印建筑体的外立面。