3D建筑打印作业平台的制作方法

本发明属于建筑施工设备领域，尤其涉及一种高层建筑的3D建筑打印作业平台。

背景技术：

目前，国内高层建筑如雨后春笋般地拔地而起，俨然已成为一个城市建设的标志和象征。目前高层特别是超高层建筑又以核心筒+外框筒结构居多，常用于超高层主体建筑的爬模、滑模、提模等体系由于种种局限性已无法适应现代建筑工期紧、结构复杂多变、施工标准高等要求；同时，以3D建筑打印为代表的建筑工业4.0正如火如荼，在这种现状下，一种新型的适用于3D建筑打印的塔基与模架一体智能化顶升作业系统，应运而生。

现有的3D建筑打印设备，适用于2-3层的建筑，这种设备的移动龙门载重能力有限，且高度有限制。一般两层以上，如果没有额外的支撑或者提升装置，就没有办法再进行作业，且即使有支撑，稳定性会非常的差。且额外的支撑或者提升装置，进行工作的时候，比较费时费力。而现有的高层3D建筑打印设备，由于现有3D建筑打印龙门的缺点，爬墙的时候，轨道没有地方支撑，架设轨道的时候，需要多附着点，拆装程序繁琐，且承重能力和顶升和提升能力都比较差，高空作业危险系数大；墙体打印和后续装饰分离，工序繁琐。柱状的龙门支撑，高度有限制，且和模体分离，配合度较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、效率高的3D建筑打印作业平台。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种3D建筑打印作业平台，包括3D建筑打印机构1和与3D建筑打印机构1连接的爬升机构2，所述爬升机构2设置在建筑的内部，包括支撑柱21，和交替与墙体固定连接以爬升的第二爬升腿22和第一爬升腿23，支撑柱21与3D建筑打印机构1连接，第一爬升腿23位于第二爬升腿22下方，第一爬升腿23与墙体固定连接时可将支撑柱21和第二爬升腿22顶起，顶起后的第二爬升腿22与墙体固定连接后可将第一爬升腿23提升，提升后的第一爬升腿23与墙体固定连接。

优选的，包括与建筑的墙体外侧面配合的Z轴支撑立柱3，Z轴支撑立柱3与3D建筑打印机构1连接。

优选的，所述3D建筑打印机构1包括X轴水平框架11，设置在X轴水平框架11上的Y轴横梁12，安装在Y轴横梁12上的Z轴升降杆13和设置在Z轴升降杆13上的打印喷头；X向驱动机构可驱动Y轴横梁12带动Z轴升降杆13和打印喷头沿X轴方向移动，Y向驱动机构可驱动Z轴升降杆13在Y轴横梁12上沿Y轴方向移动，Z向驱动机构可驱动Z轴升降杆13沿Z轴方向移动。

优选的，所述的爬升机构2包括液压油缸，液压油缸安装在第一爬升腿23上，液压油缸的活塞杆24与支撑柱21连接，第二爬升腿22安装在支撑柱21，第一爬升腿23与第二爬升腿22平行设置，且第二爬升腿22和第一爬升腿23分别与支撑柱21垂直设置，支撑柱21顶部与3D建筑打印机构1连接。

优选的，在第二爬升腿22和第一爬升腿23的两端均设有与墙体固定连接的固定脚25，在墙体上安装有与固定脚25配合的固定架26。

优选的，X轴水平框架11包括构成矩形的框架边框，龙骨14固定安装在框架边框上；爬升机构2的支撑柱21通过龙骨14与X轴水平框架11连接，龙骨14与Y轴横梁12垂直设置且位于X轴水平框架11的中间；在Y轴横梁12上设有两个Z轴升降杆13，分别位于龙骨14的两侧。

优选的，X轴水平框架11包括构成矩形的框架边框，龙骨14通过避让杆18与X轴水平框架11连接，使避让杆18高于Z轴升降杆13可上升的最大高度。

优选的，还包括与X轴水平框架11连接的多根Z轴支撑立柱3，多根Z轴支撑立柱3固定在墙体上且可支撑起整个3D建筑打印作业平台，爬升机构2可以收缩抬起到Y轴横梁12的上面。

优选的，在X轴水平框架11的框架边框上设有X轴滑轨15，Y轴横梁12的上对应位置设有与X轴滑轨15配合的X轴滑轮16；Z轴升降杆13通过移动机构17与Y轴横梁12连接，移动机构17安装在Y轴横梁12上可带动Z轴升降杆13沿Y轴移动，且可驱动Z轴升降杆13升降。

优选的，墙体外侧上设有与Z轴支撑立柱3配合的支撑架，支撑架上设有爬升导轨，Z轴支撑立柱3设有与爬升导轨配合的滑动机构。

本发明的3D建筑打印作业平台通过设置在建筑内部的爬升机构2将3D建筑打印机构1不断抬升，实现高层建筑的3D打印，结构简单、成本低且效率高。采用3D建筑打印机构1进行建筑打印，特别适用于建筑各层结构不同，结构相对复杂的高层建筑，减少高空改模的次数，无需搭建复杂的建筑框架。3D建筑打印机构1采用模块化的框架结构，结构稳固且便于支撑抬升。

附图说明

图1是本发明3D建筑打印作业平台的结构示意图；

图2是本发明3D建筑打印作业平台的爬升顶起状态示意图；

图3是本发明3D建筑打印作业平台的爬升完成状态示意图；

图4是本发明3D建筑打印作业平台一个实施例的结构示意图；

图5是本发明3D建筑打印作业平台另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至5给出的实施例，进一步说明本发明的3D建筑打印作业平台的具体实施方式。本发明的3D建筑打印作业平台不限于以下实施例的描述。

如图1-5所示，一种适用于高层建筑的3D建筑打印作业平台，包括3D建筑打印机构1和与3D建筑打印机构1连接的爬升机构2。所述爬升机构2，位于建筑的内部，固定在地面、或固定在墙体上，通过固定在两侧墙体上逐层爬升将3D建筑打印机构1顶升到建筑的顶部进行打印。所述爬升机构2包括支撑柱21，和交替与墙体固定连接以爬升的第二爬升腿22和第一爬升腿23，支撑柱21与3D建筑打印机构1连接，第一爬升腿23位于第二爬升腿22下方，且第二爬升腿22和第一爬升腿23分别与支撑柱21垂直设置，第一爬升腿23与墙体固定连接时可将支撑柱21和第二爬升腿22顶起，顶起后的第二爬升腿22与墙体固定连接后可将第一爬升腿23提升，提升后的第一爬升腿23与墙体固定连接，实现爬升机构2和3D建筑打印机构1的爬升。本发明的3D建筑打印作业平台通过设置在建筑内部的爬升机构2将3D建筑打印机构1不断抬升，实现高层建筑的3D打印，结构简单、成本低且效率高。采用3D建筑打印机构1进行建筑打印，特别适用于建筑各层结构不同，结构相对复杂的高层建筑，减少高空改模的次数，无需搭建复杂的建筑框架。

如图4-5所示，所述3D建筑打印机构1，用于3D建筑的打印，其包括X轴水平框架11，设置在X轴水平框架11上的Y轴横梁12，安装在Y轴横梁12上的Z轴升降杆13和设置在Z轴升降杆13上的打印喷头；X向驱动机构可驱动Y轴横梁12带动Z轴升降杆13和打印喷头沿X轴方向移动，Y向驱动机构可驱动Z轴升降杆13在Y轴横梁12上沿Y轴方向移动，Z向驱动机构可驱动Z轴升降杆13沿Z轴方向移动。打印喷头可以在X轴水平框架11、Y轴横梁12和Z轴升降杆13的移动范围内在X轴、Y轴和Z轴的方向上移动完成3D建筑的打印工作。3D建筑打印机构1采用模块化的框架结构，结构稳固且便于支撑抬升。X向驱动机构、Y向驱动机构和Z向驱动机构可以采用电机、气缸、轮带、齿条等任何方式，打印喷头还通过管道与混泥土、砂浆供料装置连接，管道可以是软性的橡胶管或刚性的铁、钢管等，在此不再赘述。优选的，3D建筑打印作业平台还包括Z轴支撑立柱3，与3D建筑打印机构1的X轴水平框架11连接，用于与建筑的墙体外侧面配合，起到支撑稳固的作用。

如图1-3所示，所述爬升机构2可采用液压油缸、气缸等顶升机构。爬升机构2的支撑柱21与3D建筑打印机构1的X轴水平框架11连接，3D建筑打印机构1的打印喷头根据建筑的设计要求在X轴、Y轴和Z轴的方向上移动进行建筑打印，交替与墙体固定连接以爬升。在3D建筑打印的开始阶段，由于还没有墙体，第一爬升腿23可通过地脚螺栓231固定在地面上，支撑着3D建筑打印机构1。参见图2，在3D建筑打印机构1将墙体打印到一定高度后(如3层后)，液压油缸的活塞杆24伸出，将支撑柱21、第二爬升腿22和3D建筑打印机构1顶起。参见图3，顶起的第二爬升腿22的两端与两侧的墙体(如第3层)固定连接后，将第一爬升腿23与地面连接的地脚螺栓231松开，液压油缸的活塞杆24收缩，将第一爬升腿23提升并与两侧的墙体(如第2层)固定连接完成爬升。然后继续通过3D建筑打印机构1打印更高层的建筑墙体，再重复上述步骤爬升。

一种优选的实施例，液压油缸安装在第一爬升腿23上，液压油缸的活塞杆24与支撑柱21连接，第二爬升腿22安装在支撑柱21，支撑柱21顶部与3D建筑打印机构1的X轴水平框架11连接，第一爬升腿23与第二爬升腿22平行设置。液压油缸伸出时将支撑柱21和第二爬升腿22顶起，在第二爬升腿22与墙体固定后，解除第一爬升腿23与地面或墙体的连接，液压油缸收缩将第一爬升腿23提升与上一层的墙体固定连接。在第二爬升腿22和第一爬升腿23的两端均设有与墙体固定连接的固定脚25，在墙体上安装有与固定脚25配合的固定架26，固定脚25和固定架26配合将爬升机构2固定在墙体上。所述固定架26可以在打印墙体的时候预埋到墙体内，也可以在打印墙体后安装到墙体上。优选的，所述固定脚25可以伸缩，可以缩回到第二爬升腿22和第一爬升腿23中以方便爬升，也可以伸出与固定架26安装配合。所述的爬升机构2安放在建筑的内部，一是安放在电梯井里面，特别是高楼层，通常都有电梯井，适合此种作业方式，因为电梯井里，上下爬升比较方便；另外一种是在楼层板的中间，空出一定的空间，不打印，成为通道，让爬升机构2一层一层往上走；当作业完成后，补上钢筋和混凝土浇筑即可。

如图4所示，本发明3D建筑打印作业平台一个实施例，图中的结构仅为示意。所述3D建筑打印机构1包括X轴水平框架11，设置在X轴水平框架11上的Y轴横梁12，安装在Y轴横梁12上的Z轴升降杆13和设置在Z轴升降杆13上的打印喷头。X轴水平框架11包括构成矩形的框架边框，龙骨14安装在框架边框上，位置在X轴水平框架11的正中间，作为整个框架的附着支撑核心，固定不动；爬升机构2的两个液压油缸的支撑柱21通过龙骨14与X轴水平框架11连接，龙骨14与Y轴横梁12垂直设置且位于X轴水平框架11的中间，在Y轴横梁12上设有两个Z轴升降杆13，分别位于龙骨14的两侧。3D建筑打印作业平台还包括多根与X轴水平框架11连接的Z轴支撑立柱3，Z轴支撑立柱3与附着在建筑墙体外侧上起到稳固的作用。

本实施例中设有四根Z轴支撑立柱3，分别位于矩形的框架边框的端角处，Z轴支撑立柱3一端与框架边框连接，另一端设有与墙体固定的连接机构。当建筑物的高度增高到一定程度时，机械本体高度不够的时候，液压油缸起顶升的作用，以便整个3D建筑打印机构1提高到一定的高度，有足够的空间，再次进行墙体打印的工作；还可通过爬升机构2爬升。当液压油缸顶升起整个3D建筑打印机构1的时候，四根Z轴支撑立柱附着在建筑物上，和爬升机构2一起，形成一个整体的稳固的支撑结构，显然可以根据需要采用更多的Z轴支撑立柱3。

优选的，墙体外侧上设有与Z轴支撑立柱3配合的支撑架，支撑架安装在墙体外侧，支撑架上设有爬升导轨，Z轴支撑立柱3设有与爬升导轨配合的滑动机构，当3D建筑打印作业平台通过爬升机构2爬升时，Z轴支撑立柱3通过滑动机构沿支撑架的爬升导轨爬升，起到导向支撑的作用。进一步，在支撑架的导轨上设有只允许滑动机构向上爬升，不能回退的止退机构。Z轴支撑立柱3通过三角架结构与支撑架配合以提升稳固性。

如图4所示，在龙骨14和与其平行的两侧的框架边框上设有X轴滑轨15，Y轴横梁12的中部及两端对应位置设有X轴滑轮16，X轴滑轮16与X轴滑轨15配合在X向驱动机构的作用下使Y轴横梁12带动Z轴升降杆13和打印喷头沿X轴方向移动，可以采用齿轮齿条或滚轮等方式配合。Z轴升降杆13通过移动机构17与Y轴横梁12连接，移动机构17安装在Y轴横梁12上可带动Z轴升降杆13沿Y轴移动，且可驱动Z轴升降杆13升降。所述移动机构17套在Y轴横梁12，移动机构17内的Y轴滑轮171与Y轴横梁12上的Y轴滑轨配合，在Y向驱动机构驱动下带动Z轴升降杆13移动；所述移动机构17外设有与Z轴升降杆13上的Z轴滑槽配合的滑块，Z向驱动机构可驱动Z轴升降杆13沿Z轴方向移动。Z向驱动机构可以选择气缸推动Z轴升降杆13滑动，也可以选着电机以齿条方式升降，也可以通过电机和轮带的方式升降。Z向驱动机构可以安装在移动机构17上，也可以安装在Z轴升降杆13上。

本实施例中，龙骨14挡住了Z轴升降杆13沿Y轴横梁12在Y轴移动的方向，因此需设置两个Z轴升降杆13和两个打印喷头，分别位于龙骨14的两侧，分别打印龙骨14两侧的墙体，但仍有一个龙骨宽度大小的盲区难以打印。

如图5所示，本发明3D建筑打印作业平台的另一个实施例，总体结构与图4的实施例基本相同，不同点在于所述的龙骨14通过避让杆18与X轴水平框架11连接，使避让杆18高于Z轴升降杆13可上升的最大高度，以使龙骨14避让Z轴升降杆13，使Z轴升降杆13可沿Y轴横梁12在Y轴移动。具体的，本实施例中龙骨14两端分别通过两根避让杆18安装在框架边框上，形成一个门型的避让空间，通过避让杆18把龙骨14抬高。同时，还可加大Z轴支撑立柱3的支撑力量，将多根Z轴支撑立柱3固定在打印好的墙体上，可以根据要求，增加Z轴支撑立柱3的数量，使Z轴支撑立柱3足够支撑起整个3D建筑打印作业平台的重量，使得爬升机构2的液压油缸可以收缩抬起到Y轴横梁12的上面，这样只需设置一个Z轴升降杆13，即可在整个平面开展工作，大大减少硬件的投入和工作便利，且无打印盲区。

本发明3D建筑打印作业平台的整个框架结构是模块化的，当整个建筑物的X，Y轴的宽度很大、一个模块单元覆盖不了的时候，可以增加3D建筑打印作业平台的模块数量并连接起来，来适应作业的需要，即将整个建筑物的平面，切分成若干个框架结构的模块，最后整个模块覆盖住建筑物的平面即可。根据爬升机构特点可设置3-4个顶升支撑点，最大限度降低Z轴支撑立柱与核心筒墙体的作用关系点，最大限度降低爬升机构变化对本系统的影响，实现高层建筑的3D打印。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。