一種用于3d打印的打印裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及建筑施工技術領域，特別涉及一種用于3D建筑打印的打印裝置及方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，3D打印建筑可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，減少建筑中的材料和工藝損耗，它能夠讓未來的建筑工人勞動強度大大降低，工作環境大大改善，工作更高效，它還可以做到讓建筑能耗大幅度降低，可有效地改善施工粉塵和噪音的影響，避免對環境造成污染。
[0003]雖然，3D打印技術離我們越來越近，早已不再是紙面上的概念，但是，目前的3D打印技術在建筑市場的應用還僅限于住宅建筑、小型場館等小體量建筑的施工，其原因如下:現有的建筑用3D打印裝置體積較小(如全球首批建筑用3D打印裝置尺寸:長X寬X高分別為150mX 10mX6.6m)，而龍門架式3D打印裝置的打印高度又受限，而且，它們均采用單打印頭，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。
[0004]可見，如何克服現有3D打印裝置結構及施工方法上的局限性，使其能夠適應大體量建筑物的施工，使未來的3D打印技術能夠在建筑領域真正得以推廣、應用具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0005]針對現有3D打印裝置的打印尺度有局限，而且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，本發明的目的是提供一種用于3D打印的打印裝置及方法，通過并列設置的多個打印頭橫梁及打印頭在同一作業面同時施工，從而提高了工作效率。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的一種用于3D打印的打印裝置，包括一閉合的軌道框架；兩端能夠沿所述軌道框架滑動的至少兩根打印頭橫梁；每根所述打印頭橫梁上設置至少一個能夠沿所述打印頭橫梁滑動的打印頭；所述打印頭橫梁的兩端設有滑塊或滾輪組，所述軌道框架具有至少一對對稱設置的滑道，所述滑塊或滾輪組與所述滑道滑動配合，使得所述打印頭橫梁的兩端能夠沿所述軌道框架滑動。
[0007]優選的，還包括打印頭連接架，所述打印頭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]優選的，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爬升裝置的頂端剛性連接。
[0009]優選的，所述爬升裝置包括兩組框架式連系梁，兩組所述框架式連系梁通過若干液壓頂升機構連接成一個整體框架結構，且每組所述框架式連系梁通過附著裝置連接在所述已打印建筑體的外立面；
[0010]所述液壓頂升機構包括液壓頂升油缸及其驅動單元，所述液壓頂升油缸的缸體和活塞分別固定在兩組所述框架式連系梁上，所述驅動單元能夠控制所述液壓頂升機構同步頂升或下降，進而帶動所述框架式連系梁做相應的運動，使得所述爬升裝置能夠逐步相對于所述已打印建筑體爬升或下降；
[0011]所述附著裝置包括橫向液壓機構和擴展板，所述橫向液壓機構包括液壓油缸及其驅動單元，所述液壓油缸的一端連接在所述框架式連系梁上，所述液壓油缸的另一端固接所述擴展板，且與所述已打印建筑體的外立面相抵，所述驅動單元能夠控制連接在同一框架式連系梁上的所述液壓油缸同步伸長或收縮，進而使得相應的所述框架式連系梁附著或脫離所述已打印建筑體的外立面。
[0012]優選的，每根所述打印頭橫梁上部均設置對稱的格構式支撐框架一，所述格構式支撐框架一是由型鋼、鋼管或組合截面桿件連接而成的桿系結構，所述格構式支撐框架一的對稱軸與所述打印頭橫梁的縱軸線重合，且所述格構式支撐框架一的高度從中部到端部逐漸變小。
[0013]優選的，所述格構式支撐框架一由至少四個框架單元依次連接而成，其中，沿對稱軸對稱的兩個框架單元一中，中心翼緣和相鄰兩根腹桿之間連接有斜桿，兩個所述框架單元一通過側翼緣與所述打印頭橫梁的兩端連接，形成位于兩側的框架單元二，所述中心翼緣與所述側翼緣構成連續的折線或弧線；所述格構式支撐框架一的各桿件之間均為鉸接，所述打印頭橫梁上固接有若干轉接板，所述格構式支撐框架一的桿件與所述轉接板鉸接。
[0014]優選的，所述滑道上部設置對稱的格構式支撐框架二，所述格構式支撐框架二的對稱軸與所述滑道的縱軸線重合，所述格構式支撐框架二由至少四個框架單元依次連接而成，其中，沿對稱軸對稱的兩個框架單元A中，中心翼緣和相鄰兩根腹桿之間連接有斜桿，兩個所述框架單元A通過側翼緣與所述滑道的兩端連接，形成位于兩側的框架單元B，所述中心翼緣與側翼緣構成連續的折線或弧線。
[0015]另外，本發明還提供了一種3D打印方法，步驟如下:
[0016]—、安裝所述打印裝置，使所述軌道框架穩定支撐于待打印建筑體的地坪，所述打印頭位于待打印橫截面層上方適當高度；
[0017]二、使所述打印頭沿所述打印頭橫梁移動，同時噴出建筑物料，所述打印頭每打印一行，所述打印頭橫梁沿所述軌道框架移動一設定距離，如此循環往復，逐行完成建筑體當前橫截面層的打印施工；
[0018]三、所述當前橫截面層打印結束后，將軌道框架向上移動一設定距離，使得所述打印裝置頂升至建筑體上一層待打印橫截面層所在的高度；
[0019]四、反復上述步驟二和步驟三，自下向上逐層打印建筑體各橫截面層。
[0020]優選的，所述步驟四之后還包括步驟五，待已打印建筑體具有一定高度后，安裝所述爬升裝置，使兩組所述框架式連系梁均穩定附著于所述已打印建筑體的外立面，并將所述打印裝置剛性連接在所述爬升裝置的上方；在當前橫截面層打印結束后，使一組所述框架式連系梁脫離所述已打印建筑體的外立面，通過所述液壓頂升機構的同步伸長或收縮，使該組所述框架式連系梁向上移動一設定距離并穩定附著于所述已打印建筑體的外立面，然后，使另一組所述框架式連系梁脫離所述已打印建筑體的外立面，通過所述液壓頂升機構的同步伸長或收縮，使該組所述框架式連系梁向上移動相同的設定距離，從而將所述打印裝置頂升至建筑體上一層待打印橫截面層所在的高度，如此循環往復，自下向上逐層打印各橫截面層直至完成建筑體整體的打印施工。
[0021]優選的，所述步驟五之后還包括步驟六，所述打印裝置的拆除，待所述建筑體打印完成后，控制兩組所述框架式連系梁的橫向液壓機構同時收縮，使其脫離所述已打印建筑體，整體吊運所述打印裝置或者分別吊運所述打印裝置和所述爬升裝置；或者，使多個所述打印頭橫梁靠近所述滑道一側，控制兩組所述框架式連系梁交替下降至所述已打印建筑體的底部，并使所述爬升裝置脫離所述已打印建筑體，再拆除所述打印裝置。
[0022]本發明的效果在于:
[0023]—、針對目前建筑體結構體量巨大，而現有的打印裝置不僅打印尺度有局限而且只有一個打印頭，無法應用于大體量建筑物施工的缺陷，本發明用于3D打印的打印裝置，在打印裝置的軌道框架上設置并列的至少兩個與軌道框架滑動配合的打印頭橫梁，且每個打印頭橫梁上均連接一個打印頭，每個打印頭均可獨立運行，不受其它打印頭運動的影響，進而在3D打印裝置的作業面中引入至少兩個打印頭，且每個打印頭均能夠沿打印頭橫梁滑動，使得打印頭能夠反復沿作業面的1軸方向移動并打印建筑物料；上述打印頭橫梁與軌道框架滑動配合，使得打印頭橫梁能夠帶動打印頭沿作業面X軸方向移動，從而實現打印頭在建筑體橫截面層內基于xy平面靈活運動；可見，該打印裝置通過連接多個打印頭在同一作業面同時施工，提高了施工效率。
[0024]二、本發明的3D打印方法，首先，通