一種自升式建筑用3d打印裝置及方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有技術(shù)中3D打印裝置只能打印一定高度范圍內(nèi)的建筑以及打印精度低的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種自升式建筑用3D打印裝置及方法，所述裝置包括：若干豎向支撐、軌道橫梁機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)以及附著爬升機(jī)構(gòu)，豎向支撐分布于軌道橫梁機(jī)構(gòu)的四周，打印機(jī)構(gòu)設(shè)置于軌道橫梁機(jī)構(gòu)上，豎向支撐的上端與軌道橫梁機(jī)構(gòu)剛性連接，豎向支撐的下端通過對應(yīng)的附著爬升機(jī)構(gòu)設(shè)置于已打印的建筑的外立面上，附著爬升機(jī)構(gòu)能夠使得豎向支撐牢固附著在已打印的建筑上且能夠推動豎向支撐向上移動。如此，隨著所打印的建筑體的升高，3D打印裝置也隨之升高，既可以解決打印裝置對建筑高度的適應(yīng)性問題，又可以保證3D打印的精確定位打印問題。
【專利說明】一種自升式建筑用3D打印裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑施工領(lǐng)域，特別涉及一種建筑用3D打印裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等方式實現(xiàn)快速成型的技術(shù)。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，與電腦連接后，通過一層又一層的多層打印方式，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物。
[0003]隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展并逐漸成熟，3D打印技術(shù)給制造業(yè)帶來技術(shù)革新。在勞動力密集型的建筑行業(yè)，如能引入3D打印技術(shù)進(jìn)行工程施工生產(chǎn)，在施工效率，生產(chǎn)成本，工程工期，機(jī)械化自動化水平提高等方面均能有很大程度的提高。
[0004]現(xiàn)有的建筑用3D打印裝置及方法具有如下缺點:
[0005]1.3D打印裝置的體積重量巨大，對可打印建筑的層高有極大的限制，只能打印高度在一定范圍內(nèi)的建筑；
[0006]2.隨著建筑層數(shù)的增高，3D打印裝置本身的升高幅度受限，打印精度無法保證。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種自升式建筑用3D打印裝置及方法，通過3D打印裝置與建筑本身的結(jié)合，隨著所打印的建筑體的升高，3D打印裝置也隨之升高，一方面可以解決打印裝置對建筑高度的適應(yīng)性，可以打印各種高度的建筑體，另一方面3D打印裝置與建筑本身的相對靜止保證了 3D打印的精確定位打印問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種自升式建筑用3D打印裝置，包括:若干豎向支撐、軌道橫梁機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)以及附著爬升機(jī)構(gòu)，所述豎向支撐分布于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)的四周，所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)上，所述豎向支撐的上端與所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)剛性連接，所述豎向支撐的下端通過對應(yīng)的所述附著爬升機(jī)構(gòu)設(shè)置于已打印的建筑的外立面上，所述附著爬升機(jī)構(gòu)能夠使得所述豎向支撐牢固附著在已打印的建筑上且能夠推動所述豎向支撐向上移動。
[0010]優(yōu)選的，所述附著爬升機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌、支撐滑塊、第一驅(qū)動電機(jī)、第一傳動機(jī)構(gòu)以及第一滾輪對，所述導(dǎo)軌固定設(shè)置于所述已打印的建筑上，所述支撐滑塊與所述豎向支撐的下端剛性連接，所述支撐滑塊嵌設(shè)于所述導(dǎo)軌的C型空腔內(nèi)，所述第一驅(qū)動電機(jī)、第一傳動機(jī)構(gòu)以及第一滾輪對分別設(shè)置于所述支撐滑塊上，所述第一滾輪對與所述導(dǎo)軌的C型空腔的內(nèi)壁相接觸，所述第一驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第一傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第一滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述支撐滑塊沿著導(dǎo)軌向上移動。
[0011]優(yōu)選的，所述附著爬升機(jī)構(gòu)還包括鎖緊件，所述鎖緊件能夠?qū)⒅位瑝K固定于所述導(dǎo)軌上。
[0012]優(yōu)選的，所述導(dǎo)軌包括至少三根導(dǎo)軌段，反復(fù)將位于最下方導(dǎo)軌段接長至位于最上方的導(dǎo)軌段，以使得導(dǎo)軌以及整個打印裝置沿建筑的升高而升高。
[0013]優(yōu)選的，所述附著爬升機(jī)構(gòu)包括支撐座、豎向軌道以及傳動與防墜裝置，所述支撐座沿豎直方向間隔設(shè)置于所述已打印的建筑上，所述支撐座上設(shè)有凹槽或者支撐銷，所述豎向軌道與所述豎向支撐的下部上分別設(shè)有若干沿著豎向間隔分布的掛鉤，所述掛鉤能夠掛靠在所述支撐座的凹槽或者支撐銷上，所述豎向支撐的下部與所述豎向軌道之間設(shè)置傳動與防墜裝置并通過所述傳動與防墜裝置進(jìn)行交替爬升。
[0014]優(yōu)選的，所述傳動與防墜裝置采用液壓傳動方式或者鏈傳動方式或者齒輪齒條傳動方式來實現(xiàn)豎向軌道與豎向支撐之間的交替爬升。
[0015]優(yōu)選的，所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置的圓形軌道梁與打印頭橫梁，所述打印頭橫梁的中心與所述圓形軌道梁的圓心重合，所述打印頭橫梁的兩端分別與所述圓形軌道梁滑動連接，所述打印頭橫梁能夠繞所述圓形軌道梁的圓心在所述圓形軌道梁所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0016]優(yōu)選的，所述打印頭橫梁與所述圓形軌道梁通過橫梁滑塊連接，所述圓形軌道梁為C型空腔梁，所述橫梁滑塊為與所述圓形軌道梁的C型空腔相匹配的弧形滑塊，所述打印頭橫梁的兩端分別與嵌設(shè)于所述圓形軌道梁的C型空腔內(nèi)的對應(yīng)的橫梁滑塊剛性連接。
[0017]優(yōu)選的，在上述的自升式建筑用3D打印裝置中，還包括橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述橫梁滑塊上，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第二驅(qū)動電機(jī)、第二傳動機(jī)構(gòu)以及第二滾輪對，所述橫梁滑塊嵌設(shè)于所述圓形軌道梁的C型空腔內(nèi)，所述第二滾輪對與所述圓形軌道梁的C型空腔的內(nèi)壁相接觸，所述第二驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第二傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第二滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述橫梁滑塊沿著所述圓形軌道梁移動。
[0018]優(yōu)選的，在上述的自升式建筑用3D打印裝置中，還包括橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第四驅(qū)動電機(jī)以及第一支架，所述第一支架固定設(shè)置于所述圓形軌道梁的上方，所述第四驅(qū)動電機(jī)設(shè)置于所述第一支架上與所述圓形軌道梁的圓心相對應(yīng)的位置，所述第四驅(qū)動電機(jī)的輸出部與所述打印頭橫梁的中心部連接，通過所述第四驅(qū)動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動所述打印頭橫梁繞所述圓形軌道梁的圓心在所述圓形軌道梁所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。。
[0019]優(yōu)選的，所述打印機(jī)構(gòu)包括打印頭桿與打印頭，所述打印頭桿的上端與打印頭橫梁滑動連接，所述打印頭桿能夠沿著所述打印頭橫梁做直線運(yùn)動，所述打印頭設(shè)置于所述打印頭桿的下端，所述打印頭桿能夠帶動所述打印頭上下移動。
[0020]優(yōu)選的，所述打印頭桿與所述打印頭橫梁通過打印桿滑塊連接，所述打印頭橫梁為工字型梁，且所述打印頭橫梁的底板設(shè)有C型開口腔，C型開口腔的開口方向朝向遠(yuǎn)離圓形軌道梁的方向，所述打印桿滑塊為與所述打印頭橫梁的C型開口腔相匹配的方形滑塊，所述打印頭桿上遠(yuǎn)離打印頭的一端與所述打印桿滑塊剛性連接。
[0021]優(yōu)選的，在上述的自升式建筑用3D打印裝置中，還包括打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第三驅(qū)動電機(jī)、第三傳動機(jī)構(gòu)以及第三滾輪對，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述打印桿滑塊上，所述打印桿滑塊嵌設(shè)于所述打印頭橫梁的C型開口腔內(nèi)，所述第三滾輪對與所述打印頭橫梁的C型開口腔的內(nèi)壁相接觸，所述第三驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第三傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第三滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述打印桿滑塊沿著所述打印頭橫梁移動。
[0022]優(yōu)選的，在上述的自升式建筑用3D打印裝置中，還包括打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:由絲杠與螺母組成絲杠螺母副、第五驅(qū)動電機(jī)、以及第二支架，所述螺母與所述打印頭桿剛性連接，所述絲杠通過所述第二支架設(shè)置于所述打印頭橫梁的斜上方且所述絲杠與所述打印頭橫梁相平行，所述第五驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述絲杠轉(zhuǎn)動，所述絲杠經(jīng)所述螺母帶動所述打印頭桿沿著所述打印頭橫梁移動。
[0023]本發(fā)明還公開了一種自升式建筑用3D打印方法，采用如上所述的自升式建筑用3D打印裝置。
[0024]優(yōu)選的，所述導(dǎo)軌包括至少三根導(dǎo)軌段，反復(fù)將位于最下方導(dǎo)軌段接長至位于最上方的導(dǎo)軌段，以使得導(dǎo)軌以及整個打印裝置沿建筑的升高而升高。
[0025]優(yōu)選的，在軌道梁所在的平面建立二維極坐標(biāo)系，在軌道橫梁機(jī)構(gòu)的圓形軌道梁所在的平面建立二維極坐標(biāo)系，圓形軌道梁的圓心作為極坐標(biāo)系的極點，在圓形軌道梁所在平面內(nèi)從極點引一條射線作為極軸，所述二維坐標(biāo)系在豎直方向延伸形成三維圓柱坐標(biāo)系，打印機(jī)構(gòu)的打印頭在所述三維圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的圓柱坐標(biāo)為(P，Φ，ζ)，其中，P表示打印頭在圓形軌道梁所在平面的投影點到極點的距離，Φ表示打印頭在圓形軌道梁所在平面的投影點與極軸之間的夾角，Z表示打印頭離開圓形軌道梁所在的平面的距離。
[0026]本發(fā)明提供的自升式建筑用3D打印裝置及方法，若干豎向支撐、軌道橫梁機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)以及附著爬升機(jī)構(gòu)，所述豎向支撐分布于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)的四周，所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)上，所述豎向支撐的上端與所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)剛性連接，所述豎向支撐的下端通過對應(yīng)的所述附著爬升機(jī)構(gòu)設(shè)置于已打印的建筑的外立面上，所述附著爬升機(jī)構(gòu)能夠使得所述豎向支撐牢固附著在已打印的建筑上且能夠推動所述豎向支撐向上移動，通過3D打印裝置與建筑本身的結(jié)合，隨著所打印的建筑體的升高，3D打印裝置也隨之升高，一方面可以解決打印裝置對建筑高度的適應(yīng)性，可以打印各種高度的建筑體，另一方面3D打印裝置與建筑本身的相對靜止保證了 3D打印的精確定位打印問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例1的自升式建筑用3D打印裝置的主視圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例1的自升式建筑用3D打印裝置的側(cè)視圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例1的自升式建筑用3D打印裝置的俯視圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例1中的附著爬升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖5為圖4的a-a剖視示意圖；
[0032]圖6為圖4的b_b剖視示意圖；
[0033]圖7為本發(fā)明實施例1中支撐滑塊與導(dǎo)軌的裝配示意圖；
[0034]圖8為本發(fā)明實施例1中支撐滑塊上與導(dǎo)軌相對的一面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9為本發(fā)明實施例1中的軌道橫梁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖10為圖9的a-a剖視示意圖；
[0037]圖11為圖10的b_b剖視示意圖；
[0038]圖12為圖10的c-c剖視示意圖；
[0039]圖13為本發(fā)明實施例2中附著爬升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖14為本發(fā)明實施例3中橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖15為本發(fā)明實施例4中打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖16為本發(fā)明實施例4中打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖中:1-豎向支撐、2-軌道橫梁機(jī)構(gòu)、21-圓形軌道梁、22-打印頭橫梁、23-橫梁滑塊、25-第一支架、26-第四驅(qū)動電機(jī)、3-打印機(jī)構(gòu)、31-打印頭桿、32-打印頭、33-打印桿滑塊、34-第三滾輪對、35-絲杠、36-螺母、37-第五驅(qū)動電機(jī)、38-第二支架、39-連接件、4-附著爬升機(jī)構(gòu)、41-導(dǎo)軌、42-支撐滑塊、43-第一驅(qū)動電機(jī)、44-第一滾輪對、45-支撐座、46-豎向軌道、47-傳動與防墜裝置、5-建筑、51-窗。
【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明的中心思想在于，通過附著爬升機(jī)構(gòu)能夠使得所述豎向支撐牢固附著在已打印的建筑上且能夠推動所述豎向支撐向上移動，將3D打印裝置與建筑本身相結(jié)合，隨著所打印的建筑體的升高，3D打印裝置也隨之升高，既可以解決打印裝置對建筑高度的適應(yīng)性，可以打印各種高度的建筑體，又可以通過3D打印裝置與建筑本身的相對靜止保證了 3D打印的精確定位打印問題。
[0045]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的自升式建筑用3D打印裝置及方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，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、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0046]實施例1
[0047]結(jié)合圖1至圖3，本實施例公開了一種自升式建筑用3D打印裝置，包括:若干豎向支撐1、軌道橫梁機(jī)構(gòu)2、打印機(jī)構(gòu)3以及附著爬升機(jī)構(gòu)4，所述豎向支撐I分布于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)2的四周，所述打印機(jī)構(gòu)3設(shè)置于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)2上，所述豎向支撐I的上端與所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)2剛性連接，所述豎向支撐I的下端通過對應(yīng)的所述附著爬升機(jī)構(gòu)4設(shè)置于已打印的建筑5的外立面上，所述附著爬升機(jī)構(gòu)4能夠使得所述豎向支撐I牢固附著在已打印的建筑5上且能夠推動所述豎向支撐4向上移動。通過設(shè)置所述附著爬升機(jī)構(gòu)4，可以將3D打印裝置與建筑5本身相結(jié)合，隨著所打印的建筑5的升高，3D打印裝置也隨之升高，既可以解決打印裝置對建筑5高度的適應(yīng)性，可以打印各種高度的建筑體，又可以通過3D打印裝置與建筑5本身的相對靜止保證了 3D打印的精確定位打印問題。
[0048]本實施例中，如圖4至圖8所示,并請結(jié)合參閱圖1至圖3,所述附著爬升機(jī)構(gòu)4包括導(dǎo)軌41、支撐滑塊42、第一驅(qū)動電機(jī)43、第一傳動機(jī)構(gòu)(未圖示)以及第一滾輪對44，所述導(dǎo)軌41固定設(shè)置于所述已打印的建筑5上，所述支撐滑塊42與所述豎向支撐I的下端剛性連接，所述支撐滑塊42嵌設(shè)于所述導(dǎo)軌41的C型空腔內(nèi)，所述導(dǎo)軌41通過高強(qiáng)螺栓固定于已打印的建筑5上，所述第一驅(qū)動電機(jī)43、第一傳動機(jī)構(gòu)以及第一滾輪對44分別設(shè)置于所述支撐滑塊42上，所述第一滾輪對44與所述導(dǎo)軌41的C型空腔的內(nèi)壁相接觸，所述第一驅(qū)動電機(jī)43經(jīng)所述第一傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第一滾輪對44轉(zhuǎn)動，使得所述支撐滑塊42沿著導(dǎo)軌41向上移動。所述第一滾輪對44中的滾輪呈圓柱狀。為了提高連接的牢固度，簡化安裝步驟，所述支撐滑塊42可以與所述豎向支撐I 一體成型。為了防止出現(xiàn)支撐滑塊42發(fā)生脫落的風(fēng)險，所述附著爬升機(jī)構(gòu)4還包括鎖緊件(未圖示)，所述鎖緊件能夠?qū)⒅位瑝K42固定于所述導(dǎo)軌41上。隨著，建筑5打印成一定高度，可以對導(dǎo)軌41的上部進(jìn)行接長。為了節(jié)約成本，所述導(dǎo)軌41包括至少三根導(dǎo)軌段，所述至少三段導(dǎo)軌段可拆卸式連接在一起形成所述導(dǎo)軌41，所述導(dǎo)軌段分別與所述已打印的建筑5可拆卸式固定連接，反復(fù)將位于最下方導(dǎo)軌段接長至位于最上方的導(dǎo)軌段，以使得導(dǎo)軌41以及整個打印裝置沿建筑5的升高而升高。也就是說為了節(jié)約成本，可以采用三段以上導(dǎo)軌段，組成導(dǎo)軌41，反復(fù)將位于最下方導(dǎo)軌段接長至位于最上方的導(dǎo)軌段，反復(fù)利用，連續(xù)爬升。
[0049]優(yōu)選的，請參閱圖9至圖12，并請結(jié)合參閱圖1至圖8，所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)2包括水平設(shè)置的圓形軌道梁21與打印頭橫梁22，所述打印頭橫梁22的中心與所述圓形軌道梁21的圓心重合，所述打印頭橫梁22的兩端分別與所述圓形軌道梁21滑動連接，所述打印頭橫梁22能夠繞所述圓形軌道梁21的圓心在所述圓形軌道梁21所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0050]優(yōu)選的，所述打印頭橫梁22與所述圓形軌道梁21通過橫梁滑塊23連接，所述圓形軌道梁21為C型空腔梁，所述橫梁滑塊23為與所述圓形軌道梁21的C型空腔相匹配的弧形滑塊，所述打印頭橫梁22的兩端分別與嵌設(shè)于所述圓形軌道梁21的C型空腔內(nèi)的對應(yīng)的橫梁滑塊23剛性連接。
[0051]優(yōu)選的，在上述的自升式建筑用3D打印裝置中，還包括橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)。所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)作為橫梁的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式與豎向支撐的驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式相同。因此，沒有在圖10、圖11示出，也沒有用其他圖進(jìn)行標(biāo)示。所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述橫梁滑塊23上，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第二驅(qū)動電機(jī)(未圖示)、第二傳動機(jī)構(gòu)(未圖示)以及第二滾輪對(未圖示)，所述橫梁滑塊23嵌設(shè)于所述圓形軌道梁21的C型空腔內(nèi)，所述第二滾輪對(未圖示)與所述圓形軌道梁21的C型空腔的內(nèi)壁相接觸，所述第二驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第二傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第二滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述橫梁滑塊23沿著所述圓形軌道梁21移動，從而實現(xiàn)所述打印頭橫梁22繞所述圓形軌道梁21的圓心在所述圓形軌道梁21所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0052]優(yōu)選的，所述打印機(jī)構(gòu)3包括打印頭桿31與打印頭32，所述打印頭桿31的上端與打印頭橫梁22滑動連接，所述打印頭桿31能夠沿著所述打印頭橫梁22做直線運(yùn)動，所述打印頭32設(shè)置于所述打印頭桿31的下端，所述打印頭桿31能夠帶動所述打印頭32上下移動。所述打印頭桿31上可以設(shè)置用于伸縮所述打印頭的伸縮機(jī)構(gòu)。伸縮機(jī)構(gòu)為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段，此處不進(jìn)行贅述。
[0053]優(yōu)選的，所述打印頭桿31與所述打印頭橫梁22通過打印桿滑塊33連接，所述打印頭橫梁22為工字型梁，且所述打印頭橫梁22的底板設(shè)有C型開口腔，C型開口腔的開口方向朝向遠(yuǎn)離圓形軌道梁21的方向，所述打印桿滑塊33為與所述打印頭橫梁22的C型開口腔相匹配的方形滑塊，所述打印頭桿31上遠(yuǎn)離打印頭32的一端與所述打印桿滑塊33剛性連接。
[0054]優(yōu)選的，在上述的自升式建筑用3D打印裝置中，還包括打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)。所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)作為打印頭桿31的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式與豎向支撐I以及打印頭橫梁22的驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式相同。具體的，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第三驅(qū)動電機(jī)(未圖示)、第三傳動機(jī)構(gòu)(未圖示)以及第三滾輪對34，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述打印桿滑塊33上，所述打印桿滑塊33嵌設(shè)于所述打印頭橫梁22的C型開口腔內(nèi)，所述第三滾輪對34與所述打印頭橫梁22的C型開口腔的內(nèi)壁相接觸，所述第三驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第三傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第四滾輪對34轉(zhuǎn)動，使得所述打印桿滑塊33沿著所述打印頭橫梁22移動。
[0055]所述導(dǎo)軌41包括至少三根導(dǎo)軌段，所述導(dǎo)軌段可以相互可拆卸式連接，反復(fù)將位于最下方導(dǎo)軌段接長至位于最上方的導(dǎo)軌段，以使得導(dǎo)軌41以及整個打印裝置沿建筑5升高。采用上述結(jié)構(gòu)的打印裝置，可以在圓形軌道梁21所在的平面建立二維極坐標(biāo)系，圓形軌道梁21的圓心作為極坐標(biāo)系的極點，在圓形軌道梁21所在平面內(nèi)從極點引一條射線作為極軸，所述二維坐標(biāo)系在豎直方向延伸形成三維圓柱坐標(biāo)系，所述打印頭32在所述三維圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的圓柱坐標(biāo)為(P，Φ，z)，其中，P表示打印頭32在圓形軌道梁21所在平面的投影點到極點的距離，Φ表示打印頭32在圓形軌道梁21所在平面的投影點與極軸之間的夾角，z表示打印頭32離開軌道梁所在的平面的距離，通過打印頭橫梁22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及打印頭桿沿打印頭橫梁22的直線運(yùn)動能夠?qū)崿F(xiàn)打印頭在圓形軌道梁21投影面積內(nèi)的全方位定位，通過打印頭桿31的伸縮能夠?qū)崿F(xiàn)打印頭32的上下移動。
[0056]上述結(jié)構(gòu)的建筑用3D打印裝置，由于采用圓形軌道梁21、打印頭橫梁22以及打印頭桿32等，通過打印頭橫梁22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及打印頭桿3沿打印頭橫梁22的直線運(yùn)動能夠?qū)崿F(xiàn)打印頭32在軌道梁I投影面積內(nèi)的全方位定位，通過打印頭桿3的伸縮能夠?qū)崿F(xiàn)打印頭32的上下移動，因此該建筑用3D打印裝置可以基于極坐標(biāo)系形式對打印頭32進(jìn)行定位，與基于直角坐標(biāo)系建筑用3D打印裝置和方法相比，一方面，打印頭32運(yùn)動軌跡可以是真實的圓，而不再是近似的多邊形，因此定位精度和定位效果更加高。另一方面，加工時，建筑物5截面輪廓可以一次完成，從而縮短加工周期，提升打印效率。再一方面，打印頭32運(yùn)動軌跡的計算更加方便，除了打印頭32離開軌道梁I所在平面的距離外，只需計算打印頭32與圓形軌道梁21的垂直中軸線的距離以及旋轉(zhuǎn)的角度即可，該打印頭32與圓形軌道梁21的垂直中軸線的距離小于圓形軌道梁21的半徑，因而計算控制較為簡單，降低了生產(chǎn)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
[0057]本實施例還公開了一種自升式建筑用3D打印方法，采用如上所述的自升式建筑用3D打印裝置，通過設(shè)置所述附著爬升機(jī)構(gòu)4，可以將3D打印裝置與建筑5本身相結(jié)合，隨著所打印的建筑5的升高，3D打印裝置也隨之升高，既可以解決打印裝置對建筑5高度的適應(yīng)性，可以打印各種高度的建筑體，又可以通過3D打印裝置與建筑5本身的相對靜止保證了 3D打印的精確定位打印問題。
[0058]此外，通過在軌道橫梁機(jī)構(gòu)的圓形軌道梁21所在的平面建立二維極坐標(biāo)系，圓形軌道梁21的圓心作為極坐標(biāo)系的極點，在圓形軌道梁21所在平面內(nèi)從極點引一條射線作為極軸，所述二維坐標(biāo)系在豎直方向延伸形成三維圓柱坐標(biāo)系，打印機(jī)構(gòu)的打印頭32在所述三維圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的圓柱坐標(biāo)為(Ρ，Φ，ζ)，其中，P表示打印頭32在圓形軌道梁21所在平面的投影點到極點的距離，Φ表示打印頭在圓形軌道梁21所在平面的投影點與極軸之間的夾角，ζ表示打印頭離開圓形軌道梁21所在的平面的距離。通過打印頭橫梁22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及打印頭桿31沿打印頭橫梁22的直線運(yùn)動能夠?qū)崿F(xiàn)打印頭32在圓形軌道梁21投影面積內(nèi)的全方位定位，通過打印頭桿31的伸縮能夠?qū)崿F(xiàn)打印頭32的上下移動。
[0059]實施例2
[0060]本實施例與以上實施例的區(qū)別在于，如圖13所示，所述附著爬升機(jī)構(gòu)4包括支撐座45、豎向軌道46以及傳動與防墜裝置47，所述支撐座45沿豎直方向間隔設(shè)置于所述已打印的建筑5上，所述支撐座45上設(shè)有凹槽或者支撐銷，所述豎向軌道46與所述豎向支撐I的下部上分別設(shè)有若干沿著豎向間隔分布的掛鉤，所述掛鉤能夠掛靠在所述支撐座45的凹槽或者支撐銷上，所述豎向支撐I的下部與所述豎向軌道46之間設(shè)置傳動與防墜裝置47并通過傳動與防墜裝置47進(jìn)行交替爬升。所述傳動與防墜裝置47采用液壓傳動方式或者鏈傳動方式或者齒輪齒條傳動方式來實現(xiàn)豎向軌道46與豎向支撐I之間的交替爬升。當(dāng)然，所述附著爬升機(jī)構(gòu)4也可以采用其他結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)。
[0061]實施例3
[0062]本實施例與以上各實施例的區(qū)別在于，如圖14所示，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第四驅(qū)動電機(jī)26以及第一支架25，所述第一支架25固定設(shè)置于所述圓形軌道梁21的上方，所述第四驅(qū)動電機(jī)26設(shè)置于所述第一支架25上與所述圓形軌道梁21的圓心相對應(yīng)的位置，所述第四驅(qū)動電機(jī)26的輸出部與所述打印頭橫梁22的中心部連接，通過所述第四驅(qū)動電機(jī)26的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動所述打印頭橫梁22繞所述圓形軌道梁21的圓心在所述圓形軌道梁21所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。當(dāng)然，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)還可以采用其他結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，此處不一一列舉。
[0063]實施例4
[0064]本實施例與以上各實施例的區(qū)別在于，如圖15和圖16所示，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:由絲杠35與螺母36組成絲杠螺母副、第五驅(qū)動電機(jī)37、以及第二支架38，所述螺母36與所述打印頭桿31通過連接件39剛性連接，所述絲杠35通過所述第二支架38設(shè)置于所述打印頭橫梁22的斜上方且所述絲杠35與所述打印頭橫梁22相平行，所述第五驅(qū)動電機(jī)37驅(qū)動所述絲杠35轉(zhuǎn)動，所述絲杠35經(jīng)所述螺母36帶動所述打印頭桿31沿著所述打印頭橫梁22移動。為了防止移動的螺母以及連接件39對實施例2中第四驅(qū)動電機(jī)26的運(yùn)行干涉，所述絲杠35通過所述第二支架38設(shè)置于所述打印頭橫梁22的斜上方，而非正上方，此可以通過呈“L”的連接件實現(xiàn)。當(dāng)然，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)還可以采用其他結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，此處不一一列舉。
[0065]綜上所述，本發(fā)明所提供的自升式建筑用3D打印裝置及方法，通過設(shè)置若干豎向支撐、軌道橫梁機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)以及附著爬升機(jī)構(gòu)，所述豎向支撐分布于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)的四周，所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)上，所述豎向支撐的上端與所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)剛性連接，所述豎向支撐的下端通過對應(yīng)的所述附著爬升機(jī)構(gòu)設(shè)置于已打印的建筑的外立面上，所述附著爬升機(jī)構(gòu)能夠使得所述豎向支撐牢固附著在已打印的建筑上且能夠推動所述豎向支撐向上移動，通過3D打印裝置與建筑本身的結(jié)合，隨著所打印的建筑體的升高，3D打印裝置也隨之升高，一方面可以解決打印裝置對建筑高度的適應(yīng)性，可以打印各種高度的建筑體，另一方面3D打印裝置與建筑本身的相對靜止保證了 3D打印的精確定位打印問題。
[0066]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(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。
【權(quán)利要求】
1.一種自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，包括:若干豎向支撐、軌道橫梁機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)以及附著爬升機(jī)構(gòu)，所述豎向支撐分布于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)的四周，所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)上，所述豎向支撐的上端與所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)剛性連接，所述豎向支撐的下端通過對應(yīng)的所述附著爬升機(jī)構(gòu)設(shè)置于已打印的建筑的外立面上，所述附著爬升機(jī)構(gòu)能夠使得所述豎向支撐牢固附著在已打印的建筑上且能夠推動所述豎向支撐向上移動。
2.如權(quán)利要求1所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述附著爬升機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌、支撐滑塊、第一驅(qū)動電機(jī)、第一傳動機(jī)構(gòu)以及第一滾輪對，所述導(dǎo)軌固定設(shè)置于所述已打印的建筑上，所述支撐滑塊與所述豎向支撐的下端剛性連接，所述支撐滑塊嵌設(shè)于所述導(dǎo)軌的C型空腔內(nèi)，所述第一驅(qū)動電機(jī)、第一傳動機(jī)構(gòu)以及第一滾輪對分別設(shè)置于所述支撐滑塊上，所述第一滾輪對與所述導(dǎo)軌的C型空腔的內(nèi)壁相接觸，所述第一驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第一傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第一滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述支撐滑塊沿著導(dǎo)軌向上移動。
3.如權(quán)利要求2所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述附著爬升機(jī)構(gòu)還包括鎖緊件，所述鎖緊件能夠?qū)⒅位瑝K固定于所述導(dǎo)軌上。
4.如權(quán)利要求2所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述導(dǎo)軌包括至少三根導(dǎo)軌段，反復(fù)將位于最下方導(dǎo)軌段接長至位于最上方的導(dǎo)軌段，以使得導(dǎo)軌以及整個打印裝置沿建筑的升高而升高。
5.如權(quán)利要求1所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述附著爬升機(jī)構(gòu)包括支撐座、豎向軌道以及傳動與防墜裝置，所述支撐座沿豎直方向間隔設(shè)置于所述已打印的建筑上，所述支撐座上設(shè)有凹槽或者支撐銷，所述豎向軌道與所述豎向支撐的下部上分別設(shè)有若干沿著豎向間隔分布的掛鉤，所述掛鉤能夠掛靠在所述支撐座的凹槽或者支撐銷上，所述豎向支撐的下部與所述豎向軌道之間設(shè)置傳動與防墜裝置并通過所述傳動與防墜裝置進(jìn)行交替爬升。
6.如權(quán)利要求5所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述傳動與防墜裝置采用液壓傳動方式或者鏈傳動方式或者齒輪齒條傳動方式來實現(xiàn)豎向軌道與豎向支撐之間的交替爬升。
7.如權(quán)利要求1所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述軌道橫梁機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置的圓形軌道梁與打印頭橫梁，所述打印頭橫梁的中心與所述圓形軌道梁的圓心重合，所述打印頭橫梁的兩端分別與所述圓形軌道梁滑動連接，所述打印頭橫梁能夠繞所述圓形軌道梁的圓心在所述圓形軌道梁所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
8.如權(quán)利要求6所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述打印頭橫梁與所述圓形軌道梁通過橫梁滑塊連接，所述圓形軌道梁為C型空腔梁，所述橫梁滑塊為與所述圓形軌道梁的C型空腔相匹配的弧形滑塊，所述打印頭橫梁的兩端分別與嵌設(shè)于所述圓形軌道梁的C型空腔內(nèi)的對應(yīng)的橫梁滑塊剛性連接。
9.如權(quán)利要求7所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，還包括橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述橫梁滑塊上，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第二驅(qū)動電機(jī)、第二傳動機(jī)構(gòu)以及第二滾輪對，所述橫梁滑塊嵌設(shè)于所述圓形軌道梁的C型空腔內(nèi)，所述第二滾輪對與所述圓形軌道梁的C型空腔的內(nèi)壁相接觸，所述第二驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第二傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第二滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述橫梁滑塊沿著所述圓形軌道梁移動。
10.如權(quán)利要求7所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，還包括橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述橫梁驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第四驅(qū)動電機(jī)以及第一支架，所述第一支架固定設(shè)置于所述圓形軌道梁的上方，所述第四驅(qū)動電機(jī)設(shè)置于所述第一支架上與所述圓形軌道梁的圓心相對應(yīng)的位置，所述第四驅(qū)動電機(jī)的輸出部與所述打印頭橫梁的中心部連接，通過所述第四驅(qū)動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動所述打印頭橫梁繞所述圓形軌道梁的圓心在所述圓形軌道梁所在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
11.如權(quán)利要求7所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述打印機(jī)構(gòu)包括打印頭桿與打印頭，所述打印頭桿的上端與打印頭橫梁滑動連接，所述打印頭桿能夠沿著所述打印頭橫梁做直線運(yùn)動，所述打印頭設(shè)置于所述打印頭桿的下端，所述打印頭桿能夠帶動所述打印頭上下移動。
12.如權(quán)利要求11所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，所述打印頭桿與所述打印頭橫梁通過打印桿滑塊連接，所述打印頭橫梁為工字型梁，且所述打印頭橫梁的底板設(shè)有C型開口腔，C型開口腔的開口方向朝向遠(yuǎn)離圓形軌道梁的方向，所述打印桿滑塊為與所述打印頭橫梁的C型開口腔相匹配的方形滑塊，所述打印頭桿上遠(yuǎn)離打印頭的一端與所述打印桿滑塊剛性連接。
13.如權(quán)利要求12所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，還包括打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第三驅(qū)動電機(jī)、第三傳動機(jī)構(gòu)以及第三滾輪對，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述打印桿滑塊上，所述打印桿滑塊嵌設(shè)于所述打印頭橫梁的C型開口腔內(nèi)，所述第三滾輪對與所述打印頭橫梁的C型開口腔的內(nèi)壁相接觸，所述第三驅(qū)動電機(jī)經(jīng)所述第三傳動機(jī)構(gòu)帶動所述第三滾輪對轉(zhuǎn)動，使得所述打印桿滑塊沿著所述打印頭橫梁移動。
14.如權(quán)利要求12所述的自升式建筑用3D打印裝置，其特征在于，還包括打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述打印頭桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:由絲杠與螺母組成絲杠螺母副、第五驅(qū)動電機(jī)、以及第二支架，所述螺母與所述打印頭桿剛性連接，所述絲杠通過所述第二支架設(shè)置于所述打印頭橫梁的斜上方且所述絲杠與所述打印頭橫梁相平行，所述第五驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述絲杠轉(zhuǎn)動，所述絲杠經(jīng)所述螺母帶動所述打印頭桿沿著所述打印頭橫梁移動。
15.一種自升式建筑用3D打印方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-13任意一項所述的自升式建筑用3D打印裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的自升式建筑用3D打印方法，其特征在于，在軌道橫梁機(jī)構(gòu)的圓形軌道梁所在的平面建立二維極坐標(biāo)系，圓形軌道梁的圓心作為極坐標(biāo)系的極點，在圓形軌道梁所在平面內(nèi)從極點引一條射線作為極軸，所述二維坐標(biāo)系在豎直方向延伸形成三維圓柱坐標(biāo)系,打印機(jī)構(gòu)的打印頭在所述三維圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的圓柱坐標(biāo)為(P, Φ, Z)，其中，P表示打印頭在圓形軌道梁所在平面的投影點到極點的距離，Φ表示打印頭在圓形軌道梁所在平面的投影點與極軸之間的夾角，z表示打印頭離開圓形軌道梁所在的平面的距離。
【文檔編號】B29C67/00GK104149345SQ201410366431
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】王美華, 李榮帥 申請人:上海建工集團(tuán)股份有限公司