一種區(qū)塊分布式3d打印裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的一種區(qū)塊分布式3D打印裝置，涉及建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，針對現(xiàn)有3D打印裝置的單打印頭工作效率低下且精度不高，不能滿足大體量建筑物的施工需要的問題。它包括固定于已打印建筑體的外立面的爬升導(dǎo)軌，能夠沿著所述爬升導(dǎo)軌相對于所述已打印建筑體爬升或下降的爬升構(gòu)件，以及位于所述已打印建筑體的頂部，且與所述爬升構(gòu)件剛性連接的打印裝置；所述打印裝置包括與所述爬升構(gòu)件頂端剛性連接的軌道框架以及打印頭橫梁，所述軌道框架包括若干相交固接的軌道橫梁和連系梁組成的網(wǎng)格，所述軌道橫梁和所述連系梁分別平行且等間距，所述打印頭橫梁兩端能夠沿著軌道橫梁滑動，每根所述打印頭橫梁上設(shè)置一個能夠沿所述打印頭橫梁滑動的打印頭。
【專利說明】
一種區(qū)塊分布式3D打印裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種區(qū)塊分布式3D打印裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印建筑具有自動化程度高、一次成型、建筑耗材和工藝損耗少的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的3D打印裝置采用單打印頭，其本身體積較小，僅限于住宅建筑、小型場館等小體量建筑的施工，對于體量巨大的建筑物的施工而言，不僅不適用，而且工作效率低下。因此，如何提供一種打印效率高、打印精度高且能夠適應(yīng)大體量建筑物的施工的區(qū)塊分布式3D打印裝置，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有3D打印裝置的單打印頭工作效率低下，不能滿足大體量建筑物的施工需要的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種區(qū)塊分布式3D打印裝置，打印裝置通過增加軌道橫梁，縮短了單個打印頭橫梁的長度，從而減小了打印頭橫梁的撓度，減小了單個打印頭的打印范圍，從而提高了打印精度，而且通過設(shè)置多個打印頭橫梁，增加了打印頭的數(shù)量，從而提高了工作效率。此外，通過增加連系梁，減小了軌道橫梁的撓度，從而進(jìn)一步減小了打印頭橫梁的撓度，提高了打印精度。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種區(qū)塊分布式3D打印裝置，包括:固定于已打印建筑體的外立面的爬升導(dǎo)軌，能夠沿著所述爬升導(dǎo)軌相對于所述已打印建筑體爬升或下降的爬升構(gòu)件，以及位于所述已打印建筑體的頂部，且與所述爬升構(gòu)件剛性連接的打印裝置;所述打印裝置包括與所述爬升構(gòu)件頂端剛性連接的軌道框架以及打印頭橫梁，所述軌道框架包括若干相交固接的軌道橫梁和連系梁組成的網(wǎng)格，所述軌道橫梁和所述連系梁分別平行且等間距，所述打印頭橫梁兩端能夠沿著軌道橫梁滑動，每根所述打印頭橫梁上設(shè)置一個能夠沿所述打印頭橫梁滑動的打印頭。
[0006]進(jìn)一步地，所述打印頭橫梁的兩端設(shè)有滑塊或滾輪組，所述軌道橫梁上設(shè)有與所述滑塊或滾輪組滑動配合且橫截面呈C形的滑道，使得所述打印頭橫梁的兩端能夠沿所述軌道橫梁的滑道滑動。
[0007]進(jìn)一步地，所述打印裝置還包括連接架，所述連接架包括基座以及與所述基座固定連接的打印頭桿，所述打印頭連接在所述打印頭桿上，所述基座與所述打印頭橫梁滑動配合，使得所述打印頭能夠沿所述打印頭橫梁滑動。
[0008]進(jìn)一步地，所述軌道框架的底部還固接有若干豎桿，所述軌道框架通過所述豎桿與所述爬升構(gòu)件的頂端剛性連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述打印頭橫梁兩端還設(shè)有連接板，所述連接板與所述打印頭橫梁垂直固接，所述連接板位于所述軌道橫梁內(nèi)且能夠沿著所述軌道橫梁滑動。
[0010]進(jìn)一步地，所述爬升導(dǎo)軌通過若干附墻連桿固定于所述已打印建筑體的外立面。
[0011]本實(shí)用新型的效果在于:本實(shí)用新型的區(qū)塊分布式3D打印裝置，在打印裝置的軌道框架上設(shè)置若干平行間隔設(shè)置的軌道橫梁，也就是說，常規(guī)的軌道框架為一對平行設(shè)置的軌道橫梁以及一對平行設(shè)置的連系梁組成的框架結(jié)構(gòu)，而本實(shí)用新型在軌道框架內(nèi)增設(shè)若干平行且等間距設(shè)置的軌道橫梁，在軌道框架的另外兩側(cè)的連系梁內(nèi)增設(shè)若干平行且等間距設(shè)置的連系梁，形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而將打印裝置劃分為若干個等面積的打印區(qū)塊。每個打印區(qū)塊內(nèi)的相鄰的兩個軌道橫梁之間設(shè)置打印頭橫梁，打印頭上配合設(shè)置獨(dú)立控制的打印頭，從而每個打印區(qū)塊內(nèi)的打印頭橫梁能夠沿著所在區(qū)塊的軌道橫梁沿作業(yè)面X軸方向移動，每個打印頭能夠沿著打印頭橫梁沿作業(yè)面y軸方向移動，從而實(shí)現(xiàn)本打印區(qū)塊內(nèi)xy平面的全覆蓋。而每個打印區(qū)塊內(nèi)的打印頭橫梁以及打印頭的運(yùn)動完全獨(dú)立，因此，本實(shí)用新型的多個打印區(qū)塊的區(qū)塊分布式3D打印裝置，利用多個打印頭在同一橫截面層同時打印施工，提高了打印效率。此外，將打印裝置劃分為若干個等面積的打印區(qū)塊，縮短了單個打印頭橫梁的長度，減小了打印頭橫梁的撓度，防止打印頭橫梁產(chǎn)生豎向位移，而且減小了單個打印頭的打印范圍，從而提高了打印精度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例區(qū)塊分布式3D打印裝置安裝于已打印建筑體上的示意圖；
[0013]圖2為圖1的俯視圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中打印頭橫梁的俯視圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中打印頭橫梁和打印頭的連接示意圖。
[0016]圖中:
[0017]10-已打印建筑體;20-爬升導(dǎo)軌；30-爬升構(gòu)件;40-打印裝置，42-打印頭橫梁，43-軌道橫梁，44-連系梁，45-連接板，46-附墻連桿;50-打印頭。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型提出的一種區(qū)塊分布式3D打印裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面的說明，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。以下將由所列舉之實(shí)施例結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容及特征。需另外說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。為敘述方便，下文中所述的“上”、“下”與附圖的上、下的方向一致，但這不能成為本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制。
[0019]實(shí)施例一
[0020]結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)用新型的區(qū)塊分布式3D打印裝置，本實(shí)施例以大體量建筑物的3D打印施工為例，為了明確方向關(guān)系，按需要設(shè)置了將z軸方向作為已打印建筑體10高度延伸方向的xyz直角坐標(biāo)系。
[0021]請參考圖1至圖4，上述區(qū)塊分布式3D打印裝置包括固定于已打印建筑體10的外立面的爬升導(dǎo)軌20，能夠沿著爬升導(dǎo)軌20相對于已打印建筑體10爬升或下降的爬升構(gòu)件30，以及位于已打印建筑體10的頂部，且與爬升構(gòu)件30剛性連接的打印裝置40;打印裝置40包括與爬升構(gòu)件30頂端剛性連接的軌道框架(未圖示)以及打印頭橫梁42，軌道框架包括若干相交固接的軌道橫梁43和連系梁44組成的網(wǎng)格，軌道橫梁43和連系梁44分別平行且等間距，為了盡可能防止軌道橫梁43產(chǎn)生撓度，使得連系梁44的兩端分別與軌道框架邊緣的軌道橫梁43固定連接，連系梁44的中部固接于軌道框架內(nèi)部的軌道橫梁43的上方，打印頭橫梁42兩端能夠沿著軌道橫梁43滑動，每根打印頭橫梁42上設(shè)置一個能夠沿打印頭橫梁42滑動的打印頭50。
[0022]前述剛性連接為焊接、螺栓連接等，本實(shí)施例優(yōu)選螺栓連接，可實(shí)現(xiàn)打印裝置40與爬升構(gòu)件30的快速組裝及拆卸。另外需指出的是，打印裝置40和爬升構(gòu)件30均與動力控制系統(tǒng)通信連接，因動力控制系統(tǒng)不在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，故對其結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系不作具體闡述。由于爬升導(dǎo)軌20附著固定于已打印建筑體10的外立面，從而爬升導(dǎo)軌20可以采用逐步加長升高的方式隨著已打印建筑體10的升高而升高，具體方法可以參照起重塔吊施工中塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的增高原理，此處不做贅述。而且為了保證爬升構(gòu)件30的正常爬升，該爬升導(dǎo)軌20的高度大于對應(yīng)的已打印建筑體10橫截面層的高度。該爬升導(dǎo)軌20同時作為打印裝置40的支撐裝置。
[0023]針對目前建筑體結(jié)構(gòu)體量巨大，而現(xiàn)有區(qū)塊分布式3D打印裝置不僅打印尺度有局限，打印精度不高，而且只有一個打印頭，無法應(yīng)用于大體量建筑物施工的缺陷，本實(shí)用新型的區(qū)塊分布式3D打印裝置，在打印裝置40的軌道框架上設(shè)置若干平行間隔設(shè)置的軌道橫梁43，也就是說，常規(guī)的軌道框架為一對平行設(shè)置的軌道橫梁43以及一對平行設(shè)置的連系梁44組成的框架結(jié)構(gòu)，而本實(shí)用新型在軌道框架內(nèi)增設(shè)若干平行且等間距設(shè)置的軌道橫梁43，在軌道框架的另外兩側(cè)的連系梁44內(nèi)增設(shè)若干平行且等間距設(shè)置的連系梁44，從而將打印裝置40劃分為若干個等面積的打印區(qū)塊。每個打印區(qū)塊內(nèi)的相鄰的兩個軌道橫梁43之間設(shè)置打印頭橫梁42，打印頭橫梁42上配合設(shè)置獨(dú)立控制的打印頭50，從而每個打印區(qū)塊內(nèi)的打印頭橫梁42能夠沿著所在區(qū)塊的軌道橫梁43沿作業(yè)面X軸方向移動，每個打印頭50能夠沿著打印頭橫梁42沿作業(yè)面y軸方向移動，從而實(shí)現(xiàn)本打印區(qū)塊內(nèi)xy平面的全覆蓋。而每個打印區(qū)塊內(nèi)的打印頭橫梁42以及打印頭50的運(yùn)動完全獨(dú)立，因此，本實(shí)用新型的多個打印區(qū)塊的區(qū)塊分布式3D打印裝置提高了打印效率。此外，將打印裝置40劃分為若干個等面積的打印區(qū)塊，縮短了單個打印頭橫梁42的長度，減小了打印頭橫梁42的撓度，防止打印頭橫梁42產(chǎn)生豎向位移，而且減小了單個打印頭50的打印范圍，從而提高了打印精度。當(dāng)然，通過在已打印建筑體10外立面設(shè)置爬升導(dǎo)軌20，爬升構(gòu)件30在動力控制系統(tǒng)的控制下沿著爬升導(dǎo)軌20進(jìn)行爬升和下降運(yùn)動，而爬升構(gòu)件30與軌道框架固定連接，從而使得爬升構(gòu)件30能夠帶動打印裝置40逐步相對于已打印建筑體10逐步地相對于已打印建筑體I沿z軸向上移動，進(jìn)而使得打印裝置40在自動化爬升的同時完成建筑體各橫截面層自下向上的逐層打印施工。
[0024]較佳地，本實(shí)施例打印裝置40的打印頭橫梁42的兩端設(shè)有滑塊或滾輪組(未圖示)，軌道橫梁43上設(shè)有與滑塊或滾輪組滑動配合且橫截面呈C形的滑道，(未圖示)，使得打印頭橫梁42的兩端能夠沿軌道橫梁43的滑道(S卩X軸方向)自由滑動。由于滑塊或滾輪組均能夠安全可靠地嵌裝在滑道的C形開口腔內(nèi)，因此，上述結(jié)構(gòu)能夠保證打印頭橫梁42在軌道橫梁43上穩(wěn)定運(yùn)行。
[0025]較佳地，為實(shí)現(xiàn)打印頭50與打印頭橫梁42的穩(wěn)定連接，打印裝置40還包括連接架(未圖示)，連接架包括能夠與打印頭橫梁42滑動配合的基座，及與基座固定連接的打印頭桿，打印頭50通過打印頭桿連接在基座上。具體而言，本實(shí)施例中具有C形截面的基座套設(shè)在打印頭橫梁42上，并能夠沿打印頭橫梁42滑動，從而帶動打印頭50沿打印頭橫梁42 (SPy軸方向)自由滑動。
[0026]另外，軌道框架的底部還固接有若干豎桿(未圖示)，軌道框架通過豎桿與所述爬升構(gòu)件30的頂端剛性連接，豎桿不但是軌道框架與爬升構(gòu)件30的連接構(gòu)件，而且還調(diào)整了兩者的間距，以保證打印裝置40與作業(yè)面保持適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x。
[0027]較佳地，請參閱圖3，為了保證打印頭橫梁42沿著位于其兩端的軌道橫梁43正常勻速滑動，打印頭橫梁42的兩端還設(shè)有連接板45，連接板45與打印頭橫梁42垂直固接，連接板45位于軌道橫梁43內(nèi)且能夠沿著軌道橫梁43滑動。
[0028]較佳地，為了取材方便，方便爬升導(dǎo)軌20的安裝和拆卸，提高爬升導(dǎo)軌20與已打印建筑體10的連接牢固性，爬升導(dǎo)軌20通過若干附墻連桿46固定于已打印建筑體10的外立面。也就是說，附墻連桿46將爬升導(dǎo)軌20的荷載傳遞至已打印建筑10標(biāo)高相等且相鄰的兩面墻上，從而防止爬升導(dǎo)軌20傾覆。為了進(jìn)一步增加爬升導(dǎo)軌20的安裝穩(wěn)定性，爬升導(dǎo)軌20的底端固定于地面上。
[0029]請繼續(xù)參考圖1至圖4，本實(shí)施例還提供了本實(shí)用新型的區(qū)塊分布式3D打印裝置的打印方法，本實(shí)施例是以標(biāo)高± 0.000以上的建筑物的施工為例，具體步驟如下:
[0030]SOOl:安裝區(qū)塊分布式3D打印裝置，使軌道框架穩(wěn)定附著在已打印建筑體10的外立面，使打印裝置40的打印頭50位于已打印建筑體10上方適當(dāng)高度，并位于初始位置；
[0031]S002:通過動力控制系統(tǒng)向打印裝置40發(fā)送控制指令，使各打印頭50分別沿對應(yīng)的打印頭橫梁42移動，同時噴出建筑物料，打印頭50每打印一行，打印頭橫梁50沿滑道移動一設(shè)定距離，如此循環(huán)往復(fù)，逐行完成當(dāng)前橫截面層的打印施工；
[0032]S003:當(dāng)前橫截面層打印結(jié)束后，加長爬升導(dǎo)軌20至預(yù)定高度，并通過動力控制系統(tǒng)向爬升構(gòu)件30發(fā)送控制指令，使軌道框架脫離已打印建筑體10的外立面，并通過爬升構(gòu)件30的爬升帶動該軌道框架向上移動一設(shè)定距離并穩(wěn)定附著于已打印建筑體10的外立面，從而將打印裝置40頂升至上一層待打印橫截面層所在的高度；
[0033]S004:反復(fù)上述步驟S002和S003，自下向上逐層打印各橫截面層直至完成建筑物整體的打印施工。
[0034]優(yōu)選的，步驟S004后還包括步驟S005，拆除區(qū)塊分布式3D打印裝置:待建筑物打印完成后，斷開爬升構(gòu)件30與軌道框架之間的連接，使得與軌道框架固定連接的打印裝置40脫離已打印建筑體10，整體吊運(yùn)區(qū)塊分布式3D打印裝置;或者，松開軌道框架的豎桿與爬升構(gòu)件30頂端的螺栓連接，并使爬升構(gòu)件30脫離已打印建筑體10的外立面，分別吊運(yùn)打印裝置40和爬升構(gòu)件30以及爬升導(dǎo)軌20。
[0035]上述步驟SOOl中，所述已打印建筑體10的高度需小于爬升導(dǎo)軌20的高度，可直接將打印裝置40架設(shè)于平整堅(jiān)固的地坪表面施工所述已打印建筑體10，待已打印建筑體10具有足夠的高度，將爬升導(dǎo)軌20穩(wěn)定附著于其外立面，并將連接有打印裝置40的軌道框架連接在與爬升導(dǎo)軌20配合設(shè)置的爬升構(gòu)件30的頂端。
[0036]綜上所述，本實(shí)用新型的區(qū)塊分布式3D打印裝置，在軌道框架內(nèi)分別增設(shè)若干平行間隔設(shè)置的軌道橫梁43和連系梁44，使得軌道橫梁43與連系梁44垂直相交固接，形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而相鄰的兩個軌道橫梁之間設(shè)置打印頭橫梁42，打印頭橫梁42上設(shè)有與其滑動配合的打印頭50，與傳統(tǒng)的由兩個平行的軌道橫梁43和連系梁44圍合形成的軌道框架相比，本實(shí)用新型通過在軌道框架內(nèi)增加軌道橫梁43和連系梁44的數(shù)量，從而將打印裝置40劃分為若干個等面積的打印區(qū)塊。每個打印區(qū)塊內(nèi)的相鄰的兩個軌道橫梁43之間設(shè)置打印頭橫梁42，打印頭42上配合設(shè)置獨(dú)立控制的打印頭50，從而每個打印區(qū)塊內(nèi)的打印頭橫梁42能夠沿著所在區(qū)塊的軌道橫梁43沿作業(yè)面X軸方向移動，每個打印頭50能夠沿著打印頭橫梁42沿作業(yè)面y軸方向移動，從而實(shí)現(xiàn)本打印區(qū)塊內(nèi)xy平面的全覆蓋。而每個打印區(qū)塊內(nèi)的打印頭橫梁42以及打印頭50的運(yùn)動完全獨(dú)立，因此，本實(shí)用新型的多個打印區(qū)塊的區(qū)塊分布式3D打印裝置，利用多個打印頭50在同一橫截面層同時打印施工，提高了打印效率。而且，將打印裝置40劃分為若干個等面積的打印區(qū)塊，縮短了單個打印頭橫梁42的長度，減小了打印頭橫梁42的撓度，防止打印頭橫梁42產(chǎn)生豎向位移，而且減小了單個打印頭50的打印范圍，從而提高了打印精度。此外，通過在已打印建筑體10外立面設(shè)置爬升導(dǎo)軌20，爬升構(gòu)件30在動力控制系統(tǒng)的控制下沿著爬升導(dǎo)軌20進(jìn)行爬升和下降運(yùn)動，而爬升構(gòu)件30與軌道框架固定連接，從而使得爬升構(gòu)件30能夠帶動打印裝置40逐步相對于已打印建筑體10逐步地相對于已打印建筑體10向上爬升，進(jìn)而使得打印裝置40在自動化爬升的同時完成建筑體各橫截面層自下向上的逐層打印施工。而且爬升導(dǎo)軌20與已打印建筑體10通過附墻連桿46固定連接，保證了打印施工的安全性。
[0037]當(dāng)然，本實(shí)用新型提供的區(qū)塊分布式3D打印裝置也可以應(yīng)用于其他大體積工業(yè)產(chǎn)品的生廣中。
[0038]上述描述僅是對本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的描述，并非對本實(shí)用新型范圍的任何限定，本實(shí)用新型領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種區(qū)塊分布式3D打印裝置，其特征在于，包括: 固定于已打印建筑體的外立面的爬升導(dǎo)軌，能夠沿著所述爬升導(dǎo)軌相對于所述已打印建筑體爬升或下降的爬升構(gòu)件，以及位于所述已打印建筑體的頂部，且與所述爬升構(gòu)件剛性連接的打印裝置;所述打印裝置包括與所述爬升構(gòu)件頂端剛性連接的軌道框架以及打印頭橫梁，所述軌道框架包括若干相交固接的軌道橫梁和連系梁組成的網(wǎng)格，所述軌道橫梁和所述連系梁分別平行且等間距，所述打印頭橫梁兩端能夠沿著軌道橫梁滑動，每根所述打印頭橫梁上設(shè)置一個能夠沿所述打印頭橫梁滑動的打印頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的區(qū)塊分布式3D打印裝置，其特征在于:所述打印頭橫梁的兩端設(shè)有滑塊或滾輪組，所述軌道橫梁上設(shè)有與所述滑塊或滾輪組滑動配合且橫截面呈C形的滑道，使得所述打印頭橫梁的兩端能夠沿所述軌道橫梁的滑道滑動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的區(qū)塊分布式3D打印裝置，其特征在于:所述打印裝置還包括連接架，所述連接架包括基座以及與所述基座固定連接的打印頭桿，所述打印頭連接在所述打印頭桿上，所述基座與所述打印頭橫梁滑動配合，使得所述打印頭能夠沿所述打印頭橫梁滑動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的區(qū)塊分布式3D打印裝置，其特征在于:所述軌道框架的底部還固接有若干豎桿，所述軌道框架通過所述豎桿與所述爬升構(gòu)件的頂端剛性連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的區(qū)塊分布式3D打印裝置，其特征在于:所述打印頭橫梁兩端還設(shè)有連接板，所述連接板與所述打印頭橫梁垂直固接，所述連接板位于所述軌道橫梁內(nèi)且能夠沿著所述軌道橫梁滑動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的區(qū)塊分布式3D打印裝置，其特征在于:所述爬升導(dǎo)軌通過若干附墻連桿固定于所述已打印建筑體的外立面。
【文檔編號】E04G21/04GK205558296SQ201620106715
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】李榮帥, 王美華, 李林潔, 伍小平, 周鋒, 李增輝, 程金蓉
【申請人】上海建工集團(tuán)股份有限公司, 上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司