[发明专利]一种水平结构3D打印方法

说明书

本发明提供了一种水平结构3D打印方法，采用移动3D打印机器人、自由随动模板装置和外部支撑结构，移动3D打印机器人包括若干第一绳索驱动导向机构、动平台、打印头机构及打印头连接机构，第一绳索驱动导向机构包括第一绳索驱动制动机构、第一高强绳索、第一绳索导向机构及第一固定组件，通过第一绳索驱动制动机构收放第一高强绳索实现对动平台的精确打印定位；自由随动模板装置包括若干第二绳索驱动导向机构及随动模板，第二绳索驱动导向机构包括第二绳索驱动制动机构、第二高强绳索、第二绳索导向机构及第二固定组件，通过第二绳索驱动制动机构收放第二高强绳索实现对随动模板的精确定位，具有自重轻、体积小、便于安装以及自动化高的优点。

技术领域

本发明属于建筑3D打印技术领域，特别涉及一种水平结构3D打印方法。

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，其研究已成为建筑业的发展趋势。

大跨度水平结构的3D打印建造是建筑3D打印的最大挑战之一，由于材料和装置的限制，以及水平结构无法克服自身的重力，在未经人工架设底部模板的条件很难实现水平构件的自动化建造。以桥梁水平结构为例，采用现有3D打印装置及方法实现桥梁自动化建造尚具有以下局限性：(1)3D打印混凝土桥梁水平结构，需严格设计成全受压构件，打印不易实施，耐久性无法估计且安全不易保障；(2)3D打印钢筋混凝土桥梁水平结构，需人工支撑底部模板，打印不能完全实现自动化；(3)3D打印金属桥梁速度极慢，已打印金属结构表面平整度不能控制，打印装置借助于已打印结构自动爬升，由于表面粗糙无法精确定位使得尚无金属桥梁的成功3D打印建造案例。

因此，提出一种适合大型水平结构的3D打印装置及方法，是本领域亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明旨在发明一种水平结构3D打印方法，通过外部支撑结构为移动3D打印机器人提供支撑受荷机构以便提供与打印结构相适应的打印空间，通过固定于外部支撑结构的自由随动模板装置动态调整移动为水平结构打印提供底部支撑平台，并通过移动3D打印机器人协同打印作业完成水平结构的打印建造，解决现有的3D打印装置和方法无法实现水平结构的整体打印，打印不能完全自动化，水平结构打印受材料打印形状限制等问题，实现水平结构高效安全自动的建造。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种水平结构3D打印方法，包括:

步骤1，安装移动3D打印机器人，所述移动3D打印机器人包括：若干第一绳索驱动导向机构、动平台、打印头机构以及打印头连接机构，所述第一绳索驱动导向机构包括第一绳索驱动制动机构、第一绳索、第一绳索导向机构以及第一固定组件；

步骤1.1，根据现有施工场地环境条件和待打印水平建筑的形状及大小，确定第一绳索驱动导向机构的数量；

步骤1.2，安装第一绳索驱动制动机构及第一绳索导向机构于动平台上，所述动平台为环形结构，所述第一绳索驱动制动机构围绕动平台圆心均匀布置于所述动平台上，所述第一绳索导向机构围绕动平台圆心均匀布置于所述动平台上，且第一绳索导向机构位于对应第一绳索驱动制动机构的外侧；

步骤1.3，将所述第一绳索的一端与对应的第一绳索驱动制动机构连接，另一端经对应的第一绳索导向机构导向后通过第一固定组件与外部支撑结构连接，使得第一固定组件处于同一水平面上，且第一固定组件距待打印水平结构的最低点距离H大于待打印水平结构高度与移动3D打印机器人高度的和，且所述第一绳索的反向延长线通过动平台圆心；

步骤1.4，根据待打印水平结构的类型选择合适的喷嘴，并将喷嘴安装在打印头机构上；