用于建筑构件现场3D打印的设备的制作方法

本实用新型涉及一种用于建筑构件现场3d打印的设备。

背景技术：

传统建筑业的机械化和自动化程度较低，其发展迫切需要转型升级。随着3d打印技术的发展并逐渐成熟，该技术将给劳动力密集型的建筑业带来技术革新。建筑3d打印是一种大尺度无需模板的自动化建造技术，具有机械化自动化程度高、一次成型、建筑耗材和工艺损耗少等特点，是实现建筑业转型升级的一种重要手段，是解决建筑高效、安全、数字化、自动化、智能化建造的有效途径，其技术和装备研究已成为建筑业的发展趋势。

现有建筑3d打印技术与设备，多数设备为固定式龙门式或桁架式结构，设置于工厂中，不能移动且不便于运输而影响其使用，同时技术方法不考虑钢筋，打印建造结构的强度得不到保障。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于建筑构件现场3d打印的设备，能够解决现有建筑3d打印技术与设备，设置于工厂中，不能移动且不便于运输而影响其使用的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于建筑构件现场3d打印的设备，包括：

第一移动集装箱100、组装连接机构200、混凝土3d打印机构300、打印平台400、打印控制系统500、打印状态监测系统600、第二移动集装箱和养护系统，其中，

所述混凝土3d打印机构300通过组装连接机构200固定连接于第一移动集装箱100内；

所述打印控制系统500和打印状态监测系统600设置于所述第一移动集装箱100内，所述打印控制系统500分别与所述混凝土3d打印机构300和打印状态监测系统600连接；

所述打印平台400为可移动部件，在混凝土3d打印机构300停止打印时，所述打印平台400收纳于所述第一移动集装箱100内；在混凝土3d打印机构300启动打印时，所述打印平台400移至所述第一移动集装箱100外，用于承载由所述混凝土3d打印机构300打印出的结构；及在混凝土3d打印机构300完成打印时，所述打印平台400连同其上承载的结构移至所述第二移动集装箱，以对所述结构进行养护；

所述养护系统设置于所述第二移动集装箱内，用于对移入所述第二移动集装箱内的所述打印平台400上的结构进行养护。

进一步的，在上述装置中，所述第一移动集装箱100和第二移动集装箱分别包括：

2根互相平行的底部梁110；

与2根底部梁110垂直连接的至少两根底部横梁120；

与2根底部梁110及最外侧的2根底部横梁120的两端垂直连接的4根两两平行的框架柱130；

2根互相平行的顶部梁140，其中，每根顶部梁140与相邻的其中2根框架柱130的顶端垂直连接；

2根顶部横梁150，其中，每根顶部横梁150与2根顶部梁140的两端垂直连接；

内嵌于所述底部梁110和底部横梁120的底板160；

与相邻的2根框架柱130连接的对开门170，其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱的左右两侧壁各设置1个对开门170；

与顶部横梁150连接的上悬门180，其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱的前后两侧壁各设置1个上悬门180；

与2根顶部横梁150连接的四开门190，其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱的顶部设置有1个四开门190。

进一步的，在上述装置中，与所述第一移动集装箱100连接的组装连接机构200包括：

与所述第一移动集装箱100的底板160连接的至少4个底部紧固式连接组件210；

一端与第一移动集装箱100的四开门190的内表面连接的4个顶部伸缩式连接组件230；

与每2个顶部伸缩式连接组件230的另一端连接的顶部连接横梁220，每根顶部连接横梁220固定于一根顶部梁140上。

进一步的，在上述装置中，混凝土3d打印机构300包括：

通过所述底部紧固式连接组件210及4个顶部伸缩式连接组件230固定于移动集装箱100的内表面的打印主体架体310，所述打印主体架体310包括：2根互相平行且与所述底部紧固式连接组件210连接的水平支撑梁311；一端与2根水平支撑梁311垂直连接的至少6根两两平行的支撑柱313；与所述支撑柱313的另一端连接的另2根水平支撑梁311和纵向支撑梁312；

与所述主体架体310连接的导轨连接组件320，包括底部连接件321和顶部连接件322；

通过所述导轨连接组件320的底部连接件321和顶部连接件322与打印主体架体310的支撑柱313固定连接的至少6根竖向导轨340；

与所述竖向导轨340连接的至少4个竖向驱动制动330；

通过所述竖向驱动制动330与竖向导轨340连接的导轨架350，所述导轨架350由2根互相平行的导轨横梁351和2根互相平行的导轨梁352所围成，其中，所述竖向驱动制动330实现导轨架350沿着竖向导轨340作线性运动并制动；

与所述导轨架350的2根导轨梁352连接的2个水平驱动制动360；

设置于2个水平驱动制动360之间且与该2个水平驱动制动360连接的打印头导轨横梁370，其中，所述水平驱动制动360实现打印头导轨横梁370沿着2根平行的导轨梁352作线性运动并制动；

混凝土打印头380，包括：打印头驱动制动384、喷嘴387、旋转驱动385，其中，所述打印头驱动制动384与所述打印头导轨横梁370连接，所述喷嘴387与打印头驱动制动384连接，所述打印头驱动制动384用于实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着打印头导轨横梁370作线性运动并制动；

所述旋转驱动385与所述喷嘴387连接，用于实现喷嘴387沿着轴向转动。

进一步的，在上述装置中，打印平台400包括：

与所述底板160的表面接触的2根平台导轨460；

与2根所述平台导轨460接触的至少4个滚轮组件450；

分别与所述滚轮组件450连接的平台移动驱动440；

与所述平台移动驱动440连接的2根平台梁420；

与2根所述平台梁420垂直连接的至少2根平台横梁430；

与所述平台梁420和平台横梁430上表面连接的平台面板410。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种可移动的建筑工程现场建造3d打印装置，本实用新型的用于建筑构件现场3d打印的设备的每一构件均可拆卸和组装。本实用新型解决了现有3d打印装置不能移动且不适用于施工现场打印的技术问题，具有自动化程度高、环保、安全可靠等特点，可大幅度提高施工效率，降低劳动强度，改善作业环境，减小施工事故率，节省材料，节约时间，极大地降低管理成本和运营费。另外，本实用新型能够解决现有方法不考虑设置钢筋使得结构强度较低的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的用于建筑构件现场3d打印的设备的三维示意图；

图2是本实用新型一实施例的移动集装箱100的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例组装连接机构200和混凝土3d打印机构300的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例的打印平台400的结构示意图；

图5是本实用新型一实施例的现场3d打印方法的流程图；

其中，100-移动集装箱；200-组装连接机构；300-混凝土3d打印机构；400-打印平台；500-打印控制系统；600-打印状态监测系统；

110-底部梁；120-底部横梁；130-框架柱；140-顶部梁；150-顶部横梁；160-底板；170-对开门；180-上悬门；190-四开门；

200-组装连接机构中：210-底部紧固式连接组件；220-顶部连接横梁；230-顶部伸缩式连接组件；

300-混凝土3d打印机构中：310-打印主体架体：311-水平支撑梁；312-纵向支撑梁；313-支撑柱；320-导轨连接组件：321-底部连接件；322-顶部连接件；330-竖向驱动制动；340-竖向导轨；350-导轨架：351-导轨横梁；352-导轨梁；360-水平驱动制动；370-打印头导轨横梁；380-混凝土打印头；380-混凝土打印头中：381-材料输送连接管；382-材料储存容器；383-振动器；384-打印头驱动制动；385-旋转驱动；386-打印压力泵；387-喷嘴；

400-打印平台中：410-平台面板；420-平台梁；430-平台横梁；440-平台移动驱动；450-滚轮组件；460-平台导轨。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～4所示，本实用新型提供一种用于建筑构件现场3d打印的设备。

(1)装置构成

用于建筑构件现场3d打印的设备包括：

第一移动集装箱100、组装连接机构200、混凝土3d打印机构300、打印平台400、打印控制系统500、打印状态监测系统600、材料供给系统、第二移动集装箱和养护系统。

其中，所述混凝土3d打印机构300通过组装连接机构200固定连接于第一移动集装箱100内；

所述打印控制系统500和打印状态监测系统600设置于所述第一移动集装箱100内，所述打印控制系统500分别与所述混凝土3d打印机构300和打印状态监测系统600连接；

所述打印平台400为可移动部件，在混凝土3d打印机构300停止打印时，所述打印平台400收纳于所述第一移动集装箱100内；在混凝土3d打印机构300启动打印时，所述打印平台400移至所述第一移动集装箱100外，用于承载由所述混凝土3d打印机构300打印出的结构；及在混凝土3d打印机构300完成打印时，所述打印平台400连同其上承载的结构移至所述第二移动集装箱，以对所述结构进行养护；

所述材料供给系统设置于所述第一移动集装箱100外，并与所述混凝土3d打印机构300连接；

所述养护系统设置于所述第二移动集装箱内，用于对移入所述第二移动集装箱内的所述打印平台400上的结构进行养护。

其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱分别包括：底部梁110、底部横梁120、框架柱130、顶部梁140、顶部横梁150、底板160、对开门170、上悬门180和四开门190。

组装连接机构200包括：底部紧固式连接组件210、顶部连接横梁220和顶部伸缩式连接组件230。

混凝土3d打印机构300包括：打印主体架体310、导轨连接组件320、竖向驱动制动330、竖向导轨340、导轨架350、水平驱动制动360、打印头导轨横梁370和混凝土打印头380。其中，打印主体架体310由水平支撑梁311、纵向支撑梁312和支撑柱313构成，导轨连接组件320由底部连接件321和顶部连接件322构成，竖向驱动制动330由电机、驱动和减速机组成，导轨架350由导轨横梁351和导轨梁352构成，混凝土打印头380由材料输送连接管381、材料储存容器382、振动器383、打印头驱动制动384、旋转驱动385、打印压力泵386和喷嘴387组成，喷嘴387带有抹平刀盘组，其中，

打印头驱动制动384与打印头导轨横梁370相连，材料储存容器382侧壁与打印头驱动制动384一侧相连，材料输送连接管381设置在材料储存容器382外壁且材料可通过材料输送连接管381进入材料储存容器382内腔体，材料储存容器382内部设置有振动器383和打印压力泵386，旋转驱动385上部与材料储存容器382下部相连，旋转驱动385下部设置喷嘴387，喷嘴387带有抹平刀盘组，通过混凝土打印头380各组件可实现材料的挤出和打印。振动器383可实现材料均匀输出，避免材料堵塞。喷嘴387带有的抹平刀盘组主要用于打印结构表面的抹平。

打印平台400包括：平台面板410、平台梁420、平台横梁430、平台移动驱动440、滚轮组件450和平台导轨460。

打印状态监测系统600包括：视频采集系统、传输系统、控制记录系统和监视器。

材料供给系统包括：搅拌系统、输送设备和监测设备。在此，搅拌系统与输送设备相连、监测设备与输送设备相连，材料供给系统通过搅拌系统将材料进行充分搅拌，通过输送设备将搅拌制备的材料输送至材料输送连接管381，并进入材料储存容器382内，监测设备实时监测输送设备的流量、压力等参数。通过材料供给系统可实现材料的制备、自动输送和输送状态的实时监测。

养护系统包括：恒温系统、进水系统、喷雾系统、控制箱。在此，养护系统的控制箱与恒温系统、进水系统、喷雾系统均相连，进水系统与喷雾系统相连。养护系统通过控制控制箱调节进水系统使得水进入喷雾系统，并通过喷雾系统进行喷雾，同时控制恒温系统达到设定的温度，进行3d打印结构的养护。

(2)各构件之间相互关系

如图1和2所示，所述第一移动集装箱100和第二移动集装箱分别包括：

2根互相平行的底部梁110；

与2根底部梁110垂直连接的若干根底部横梁120(≥2根)；

与2根底部梁110及最外侧的2根底部横梁120的两端垂直连接的4根两两平行的框架柱130；

2根互相平行的顶部梁140，其中，每根顶部梁140与相邻的其中2根框架柱130的顶端垂直连接；

2根顶部横梁150，其中，每根顶部横梁150与2根顶部梁140的两端垂直连接；

内嵌于所述底部梁110和底部横梁120的底板160；

与相邻的2根框架柱130连接的对开门170，其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱的左右两侧壁各设置对1个对开门170；

在此，对开门170用于钢筋材料的放入和移出，以及混凝土3d打印机构的维修和整体移出；

与顶部横梁150连接的上悬门180，其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱的前后两侧壁各设置1个上悬门180；

与2根顶部横梁150连接的四开门190，其中，所述第一移动集装箱100或第二移动集装箱的顶部设置有1个四开门190。

在此，四开门190以便于混凝土3d打印机构与第一移动集装箱100连接，同时用于混凝土3d打印机构维修；

与所述第一移动集装箱100连接的组装连接机构200包括：

与所述第一移动集装箱100的底板160连接的若干个底部紧固式连接组件210(≥4个)；

一端与第一移动集装箱100的四开门190的内表面连接的4个顶部伸缩式连接组件230；

在此，4个顶部伸缩式连接组件230一方面用于固定，同时适应于不同高度第一移动集装箱100的连接；另一端与顶部连接横梁220连接起到结构加强与固定作用。

与每2个顶部伸缩式连接组件230的另一端连接的顶部连接横梁220，每根顶部连接横梁220固定于一根顶部梁140上。

通过组装连接机构200固定连接于移动集装箱100内表面的混凝土3d打印机构300包括：

通过所述底部紧固式连接组件210(≥4个)及4个顶部伸缩式连接组件230固定于移动集装箱100内表面的打印主体架体310，所述打印主体架体310包括：2根互相平行且与所述底部紧固式连接组件210连接的水平支撑梁311；一端与2根水平支撑梁311垂直连接的至少6根两两平行的支撑柱313；与所述支撑柱313另一端连接的另2根水平支撑梁311和纵向支撑梁312；

与所述主体架体310连接的导轨连接组件320，包括底部连接件321和顶部连接件322；

通过所述导轨连接组件320的底部连接件321和顶部连接件322与打印主体架体310的支撑柱313固定连接的至少6根竖向导轨340；

与竖向导轨340连接的至少4个竖向驱动制动330；

通过若干竖向驱动制动330与竖向导轨340连接的导轨架350，所述导轨架350由2根互相平行的导轨横梁351和2根互相平行的导轨梁352所围成；

与所述导轨架350的2根导轨梁352连接的2个水平驱动制动360；

设置于2个水平驱动制动360之间且与该2个水平驱动制动360连接的打印头导轨横梁370；

与所述打印头导轨横梁370连接的混凝土打印头380的喷嘴387，其中，竖向驱动制动330实现导轨架350沿着竖向导轨340作线性运动并制动；水平驱动制动360实现打印头导轨横梁370沿着2根平行的导轨梁352作线性运动并制动；

与所述混凝土打印头380的喷嘴387连接的打印头驱动制动384，用于实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着打印头导轨横梁370作线性运动并制动；

与所述混凝土打印头380的喷嘴387连接的旋转驱动385，用于实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着轴向转动。

设置移动集装箱100的底板160表面的打印平台400包括：

与所述底板160的表面接触的2根平台导轨460；

与2根所述平台导轨460接触的至少4个滚轮组件450；

分别与所述滚轮组件450连接的平台移动驱动440(≥4个)；

与所述平台移动驱动440连接的2根平台梁420；

与2根平台梁420垂直连接的至少2根平台横梁430；

与所述平台梁420和平台横梁430上表面连接的平台面板410。

在此，本实用新型提供了一种可移动的建筑工程现场建造3d打印装置，本实用新型的用于建筑构件现场3d打印的设备的每一构件均可拆卸和组装。本实用新型解决了现有3d打印装置不能移动且不适用于施工现场打印的技术问题，具有自动化程度高、环保、安全可靠等特点，可大幅度提高施工效率，降低劳动强度，改善作业环境，减小施工事故率，节省材料，节约时间，极大地降低管理成本和运营费。

如图5所示，本实用新型的现场3d打印方法，包括：

步骤s1，将用于建筑构件现场3d打印的设备运输至施工现场，通过材料供给系统的搅拌系统将建筑材料混合后，并通过材料供给系统将混合后的建筑材料输送给混凝土3d打印机构300，采用钢筋加工设备加工钢筋网或钢筋段，将打印平台400移动到可打印的区域；

步骤s2，通过打印控制系统500控制混凝土3d打印机构300喷射建筑材料，实现在打印平台400上建筑构件的自下向上逐层向上打印测试，判断3d打印机构300的稳定性；

步骤s3，通过打印控制系统500控制混凝土3d打印机构300喷射建筑材料，实现在打印平台400上建筑构件的自下向上逐层向上扩展打印生成被打印结构；

步骤s4，通过打印状态监测系统600实时监测混凝土3d打印机构300的运行状态，当被打印结构达到打印控制系统500设定的高度，即当被打印结构高度达到布设钢筋的位置，混凝土3d打印机构300停止喷射建筑材料后，在已经完成的被打印结构上铺设钢筋段或钢筋网；

步骤s5，混凝土3d打印机构300在铺设好的钢筋段或钢筋网上喷射建筑材料后，将打印平台400连同其上的打印结构推送至第二移动集装箱内；

步骤s6，在移动集装箱内通过养护系统对被打印结构进行养护；

步骤s7，采用吊装设备，对养护完成的被打印结构进行现场装配施工，形成建筑物。

具体的，所述方法可包括：

1、步骤一、打印前准备工作。

(1)将用于建筑构件现场3d打印的设备运输至施工现场。

(2)材料制备及输送。通过材料供给系统的搅拌系统将水泥、砂、硅灰、水等进行混合搅拌，添加早强剂、膨胀剂、增稠剂、纤维材料等，进行二次搅拌，并通过材料供给系统的输送设备进行材料的输送，材料通过材料输送连接管381，被自动输送至材料储存容器382内，并通过监测设备监测材料的输送量。

(3)钢筋加工。采用钢筋加工设备加工钢筋网、钢筋段等。

(4)打印平台就位。将打印平台400沿着平台导轨460推送至，设备可打印的区域。

2、步骤二、打印测试。

(1)通过打印控制系统500向混凝土3d打印机构300发送控制指令，启动竖向驱动制动330，实现导轨架350沿着竖向导轨340作线性运动并制动，启动水平驱动制动360实现打印头导轨横梁370沿着2根平行的导轨梁352作线性运动并制动，启动打印头驱动制动384实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着打印头导轨横梁370作线性运动并制动，启动旋转驱动385实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着轴向转动。

(2)控制所述混凝土打印头380喷射建筑材料，实现在打印平台400上建筑构件的自下向上逐层向上打印测试，判断3d打印机构300的稳定性。

3、步骤三、现场打印。

(1)通过打印控制系统500向混凝土3d打印机构300发送控制指令，启动竖向驱动制动330实现导轨架350沿着竖向导轨340作线性运动并制动，提升至预定的打印位置。

(2)启动水平驱动制动360实现打印头导轨横梁370沿着2根平行的导轨梁352作线性运动并制动，启动打印头驱动制动384实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着打印头导轨横梁370作线性运动并制动，启动旋转驱动385实现混凝土打印头380的喷嘴387沿着轴向转动；控制所述喷嘴387喷射建筑材料，实现在打印平台400上建筑构件的打印，以生成被打印结构。

(3)重复步骤三(1)和(2)，实现建筑构件的自下向上逐层向上扩展打印。

4、步骤四、人工铺设或插钢筋。

(1)通过打印状态监测系统600实时监测混凝土3d打印机构300的运行状态，当被打印结构达到打印控制系统500设定的高度，即当被打印结构高度达到布设钢筋的位置，通过混凝土3d打印机构300控制混凝土打印头380停止喷射建筑材料，停止打印时间不能超过材料的初始凝固时间。

(2)通过人工在已经完成的被打印结构上铺设钢筋段或钢筋网。

5、步骤五、打印完成移出打印平台400。

(1)重复步骤三、四完成建筑结构的打印、钢筋或钢筋网的铺设以及钢筋的插入。

(2)将打印平台400沿着平台导轨460推送至不含3d打印设备的第二移动集装箱内。

6、步骤六、养护。

在第二移动集装箱内通过养护系统进行被打印结构的养护。

7、步骤七、质量检测。

(1)养护完毕后，检测被打印结构的质量。

(2)判断被打印结构是否满足允许误差，若不满足则进行处理施工。

8、步骤八、现场装配施工。

采用吊装设备，进行养护完成的被打印结构的现场装配施工，形成建(构)筑物。

本实用新型能够解决现有方法不考虑设置钢筋使得结构强度较低的技术问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。