[发明专利]一种现场混凝土3D打印设备和建筑施工方法

权利要求书

1.一种现场混凝土3D打印设备，其特征在于，包括：打印装置、供料系统、打印装置移动系统、打印控制系统、爬升立柱、爬升辅助立柱和爬升动力系统；所述打印装置移动系统安装在爬升立柱上；打印装置安装在打印装置移动系统上；供料系统的供料管连接打印装置的打印头上；打印控制系统用于控制打印装置移动系统和打印头的运行状态；所述爬升立柱与爬升辅助立柱通过爬升动力系统连接；通过辅助立柱固定装置将爬升辅助立柱与建筑结构内设置的预埋件固定连接，或者通过爬升立柱固定装置将爬升立柱与建筑结构内设置的预埋件固定连接。

2.根据权利要求1所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，所述建筑结构为构造柱或预制楼板，在构造柱和预制楼板内设置预埋件。

3.根据权利要求2所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，在构造柱设计的安装位置每二层建筑物单层设计高度设置一个构造柱，构造柱在与预制楼板等高的部位设置预埋件，上下相邻的构造柱通过套筒灌浆连接；在预制楼板内设置预埋件。

4.根据权利要求1所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，所述爬升立柱的高度为建筑物单层设计高度的2.5倍-3倍；爬升辅助立柱的高度低于爬升立柱的高度。

5.根据权利要求1所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，所述打印装置移动系统包括X轴桁架、Y轴桁架、Z轴支杆、X轴动力系统、Y轴动力系统和Z轴动力系统。

6.根据权利要求1-5任一项所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，所述爬升动力系统采用齿轮传动方式，所述爬升动力系统包括齿轮驱动电机、驱动齿轮和传动齿条；所述齿轮驱动电机与驱动齿轮连接并固定安装在爬升辅助立柱上，传动齿条固定在爬升立柱上。

7.根据权利要求1-5任一项所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，所述爬升动力系统采用丝杠传动方式，所述爬升动力系统包括丝杠驱动电机、电机固定板、丝杠轴和丝杠螺母；丝杠螺母与爬升辅助立柱固定连接；电机固定板与爬升立柱固定连接；电机固定在电机固定板上；丝杠轴一端与丝杠驱动电机连接并穿过电机固定板的圆孔，丝杠插入丝杠螺母。

8.根据权利要求1-5任一项所述的现场混凝土3D打印设备，其特征在于，所述爬升动力系统采用液压传动方式，所述爬升动力系统包括压杆固定板、液压杆和液压缸；所述液压缸与爬升辅助立柱固定连接；所述液压杆插入液压缸内，液压杆端部与压杆固定板连接，压杆固定板与爬升立柱固定连接。

9.一种建筑施工方法，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的现场混凝土3D打印设备进行施工；包括以下步骤：

步骤一：组装现场混凝土3D打印设备，使爬升立柱的下端面和爬升辅助立柱的下端面平齐，下端面高度为施工正负零点；

步骤二：制备混凝土3D打印材料并输送至供料系统中；

步骤三：开启供料系统进行供料，同时开启打印头的出料口，并通过打印控制系统控制打印头在X轴、Y轴、Z轴按照设计路径施工3D打印墙体；

步骤四：3D打印墙体至建筑物单层的高度后停止施工并清洗施工设备，待混凝土3D打印材料具有施工强度后安装带预埋件的预制楼板；

步骤五：在安装完成的预制楼板上重复步骤三至步骤五，直至安装完成第二层预制楼板；

步骤六：将辅助爬升立柱通过辅助立柱固定装置与预制楼板的预埋件固定，并通过爬升传动系统将爬升立柱及整体混凝土3D打印设备提升至建筑物单层高度，通过爬升立柱固定装置与预制楼板的预埋件将爬升立柱与预制楼板固定，即实现了混凝土3D打印设备的自爬升功能；

步骤七：重复步骤三至步骤六，直至施工完成第三层预制楼板；

步骤八：解除辅助爬升立柱与预制楼板之间的固定，通过爬升传动系统将辅助爬升立柱提升一层的高度，重复步骤六；

步骤九：重复步骤七至步骤八，完成建筑物的施工。

10.一种建筑施工方法，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的现场混凝土3D打印设备进行施工；包括以下步骤：

步骤一：组装现场混凝土3D打印设备，使爬升立柱的下端面和爬升辅助立柱的下端面平齐，下端面高度为施工正负零点；

步骤二：按照设计图纸安装已经预制成型带有预埋件的构造柱；

步骤三：制备混凝土3D打印材料并输送至供料系统中；

步骤四：开启供料系统进行供料，同时开启打印头的出料口，并通过打印控制系统控制打印头在X轴、Y轴、Z轴按照设计路径施工3D打印墙体；

步骤五：3D打印墙体至建筑物单层的高度后停止施工并清洗施工设备，待混凝土3D打印材料具有施工强度后安装预制楼板；

步骤六：在安装完成的预制楼板上重复步骤三至步骤五，直至安装完成第二层预制楼板；

步骤七：将爬升辅助立柱通过辅助立柱固定装置与构造柱的预埋件固定，并通过爬升传动系统将爬升立柱及整体混凝土3D打印设备提升至建筑物单层高度，通过爬升立柱固定装置与构造柱的预埋件将爬升立柱与构造柱固定，即实现了混凝土3D打印的自爬升功能；

步骤八：安装上一层的构造柱，并通过钢筋套筒灌浆或其他可靠连接方式将上下两层的构造柱连接固定；

步骤九：重复步骤六，直至施工完成第三层预制楼板；

步骤十：解除辅助爬升立柱与构造柱之间的固定，通过爬升传动系统将辅助爬升立柱提升一层的高度，重复步骤七；

步骤十一：重复步骤八至步骤十，完成建筑物的施工。