空心墙体的模板在内式模内挤出3D打印装置和打印方法与流程

本发明涉及建筑空心墙体的制造装置和制造方法，特别是一种空心墙体的模板在内式模内挤出3D打印装置和打印方法。

背景技术：
现有技术中的空心墙体3D打印方式通常是将空心墙体的厚度方向的构造分割成若干部分分别进行打印，如图6所示，该空心墙体厚度方向的构造由两侧的墙面和中间的波形墙筋组成，打印时，使用可持续挤出浆料的打印枪做为打印头，先打印波形墙筋，带波形墙筋打印到一定长度和高度后，再分别打印两侧的墙面，这样，既费时又存在墙面与波形墙筋之间的粘结以及粘结强度的问题。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，而提供一种打印速度快、生产效率高、墙体强度较好的空心墙体的模板在内式模内挤出3D打印装置和打印方法。本发明的目的是通过以下途径来实现的。空心墙体的3D打印装置，包括可以到达待建设墙体所在空间任意处的打印头、控制打印头动作的控制装置以及为打印头输送浆料的给料系统，其组成要点在于：打印头包括一种挤出模和一种掩模，挤出模内腔与给料系统连通，挤出模模壁上贯穿设置有一种挤出模腔，此模腔的构造形式以空心墙体的横断面构造的一单元为蓝本进行构建，空心墙体横断面构造具有墙厚方向和墙长延伸方向，或者取一定长墙长延伸方向的全部墙厚方向上的构造为一单元，或者取一定长墙长延伸方向的部分墙厚方向上的构造为单元，此部分墙厚方向上的构造或者包括两侧墙面以及全部墙筋或者包括一侧墙面以及部分墙筋，此一定长墙长延伸方向为单元的宽度方向，此全部墙厚方向或部分墙厚方向为单元的长度方向，此模腔构造与此单元构造全等，控制装置控制挤出模和掩模完成四个运动，一是挤出模与掩模相对间作往复运动，往复运动行程为与此一定长墙长延伸方向相等的模腔宽度，二是同时还控制挤出模和掩模共同作沿墙长延伸方向的同步移动，三是间歇的抬高挤出模和掩模并也可下降的移动，四是需要时沿墙后方向的移动，掩模覆盖在挤出模外并与挤出模形成动密封，掩模上贯穿设置有一种掩腔，此掩腔呈一种狭长条形，其长度大于或等于与单元长度相等的模腔长度，并同时掩腔以可暴露模腔全长的方式与模腔对应设置，给料系统输送的浆料经由挤出模腔以及掩腔挤出至空心墙体上。这样，打印头上的浆料挤出口是动态变化的，挤出口形状决定于挤出模腔与掩腔套叠后的贯穿部分，此贯穿部分随着掩模与挤出模之间的往复运动而不断变化。而同步进行的沿墙长延伸方向的共同移动，使得这种不断变化的贯穿部分得以履印在墙长延伸方向。这种履印首先是获得一个与挤出模腔全等的单元履印，此时往复运动完成一个往的运动，其次接续的是一个与该单元履印构造完全对称的对称单元履印，此时完成的是往复运动中的复的运动，这样随着往复运动和墙长延伸方向移动的同步进行，就在墙长延伸方向获得一个单元履印、对称单元履印、单元履印不断重复接续的空心墙履印，当浆料从挤出口不断挤出，此履印就是空心墙体的一层。当完成一个设计的墙长时，抬高挤出模和掩模，在下一层空心墙体上继续以前述的履印式打印空心墙体，就可获得一个3D构造的空心墙体。如果单元构造的长度方向是全部墙厚方向的构造，则此时一个包括两侧墙面、中间墙筋的完整的空心墙体已经完成；如果单元构造的长度方向是部分墙厚方向的构造，则此时仅完成一个包括一侧墙面以及部分墙筋的部分空心墙体，此时还需沿墙后方向移动已完成另一部分空心墙体的履印式3D打印。显然，本发明还产生了另一个出乎意料的效果，即：在打印复杂的横断面构造时，无需打印头作对应复杂的轨迹运动，而始终只需作移动以及与此移动同步的往复运动，故打印方式简单、机构简单且不易顺坏。空心墙体的3D打印方法，其要点在于，包括如下步骤：1、提供一种可以到达待建设墙体所在空间任意处的打印头、控制打印头动作的控制装置以及为打印头输送浆料的给料系统，打印头包括一种挤出模和一种掩模，挤出模内腔与给料系统连通，挤出模模壁上贯穿设置有一种挤出模腔，此模腔的构造形式以空心墙体的横断面构造的一单元为蓝本进行构建，空心墙体横断面构造具有墙厚方向和墙长延伸方向，或者取一定长墙长延伸方向的全部墙厚方向上的构造为一单元，或者取一定长墙长延伸方向的部分墙厚方向上的构造为单元，此部分墙厚方向上的构造或者包括两侧墙面以及全部墙筋或者包括一侧墙面以及部分墙筋，此一定长墙长延伸方向为单元的宽度方向，此全部墙厚方向或部分墙厚方向为单元的长度方向，此模腔构造与此单元构造全等，掩模覆盖在挤出模外并与挤出模形成动密封，掩模上贯穿设置有一种掩腔，此掩腔呈一种狭长条形，其长度大于或等于与单元长度相等的模腔长度，并同时掩腔以可暴露模腔全长的方式与模腔对应设置，2、控制装置控制挤出模和掩模同步完成如下两个运动，一是挤出模与掩模相对间作往复运动，往复运动行程为与此一定长墙长延伸方向相等的模腔宽度，二是同时还控制挤出模和掩模共同作沿墙长延伸方向的同步移动，并同时给料系统输送的浆料经由挤出模腔以及掩腔挤出至空心墙体上，获得一层履印的空心墙体，此履印由沿墙长延伸方向不断重复接续的单元履印、对称单元履印、单元履印而组成，3、步进抬高挤出模和掩模，在下一层空心墙体上继续以前述的履印式打印，重复抬高并逐层履印，获得一个3D构造的空心墙体。本发明的目的还可以通过以下途径来实现。挤出模上沿往复运动方向分区域设置不同构造的模腔，该等模腔分别以空心墙横断面墙长方向不同的横断面构造的一单元为蓝本进行构建，各区域间的模腔不连通。这样，只要移动不同的挤出模腔与掩模的掩腔对应，就可履印出不同的横断面构造，从而屡印出整堵空心墙。上述各区域模腔依空心墙横断面构造为蓝本相互间对齐。这样可以确保在移动模腔时，仅需进行往复运动方向的移动，而无需进行单元长度方向的移动。挤出模是一种空心圆柱体，挤出模腔设置在柱面上，掩模或是一种对应叠置在该圆柱面上的弧壳体，或是一种同轴套置在该圆柱面上的又一种空心圆柱体，掩腔或者位于该弧壳体的圆弧面上或者位于该又一种空心圆柱体的圆柱面上。这个时候，挤出模与掩模间的往复运动是一种往复转动。挤出模是一种空心柱体，挤出模腔所在柱面是一种平面，掩模是一种对应叠置在该平面上的平板，掩腔贯穿设置在该平板上。此时，挤出模与掩模间的往复运动是一种往复移动。所述打印头以及连接给料系统和挤出模内腔的供料管均安装在一种机械手上，此机械手包括一支架，掩模通过掩模支座与支架连接，挤出模两端支撑在支架上，控制装置中用于驱动挤出模相对掩模往复运动的第一驱动装置安装在支架上。进一步的，当挤出模与掩模间的往复运动是一种往复转动时，上述构造进一步具体为：挤出模两端转动支撑在对应的轴承座上，供料管同轴插接入挤出模的空心圆柱体一端面，第一驱动装置是由一种减速电机和带式传动机构组成。减速电机或是步进电机或是伺服电机。驱动挤出模和掩模共同作沿墙长延伸方向移动并与往复运动同步的的第二驱动装置、驱动间歇的抬高挤出模和掩模并也可下降移动的第三驱动装置、需要时驱动沿墙厚方向移动的第四驱动装置均安装在机械手外，但与机械手传动连接。控制装置包括一种传感器，传感器向控制装置反馈打印头的位置信息，控制装置将所读取的挤出头的位置信息与设定的基础信息进行比较，根据比较结果发出相应控制信号，控制驱动打印头按设定进行履印式打印。本发明的打印方法还可以进一步具体为：如果单元构造的长度方向是部分墙厚方向的构造，在上述第3步骤完成后，还需沿墙厚方向移动以完成另一部分空心墙体的履印式3D打印。或者另一部分空心墙体的模腔是对其设置在挤出模上沿往复运动方向的另一区域时，则移动该另一部分空心墙体的挤出模腔至与掩模的掩腔对应，就可履印出与此前的部分空心墙体贴合的该另一部分空心墙体，从而屡印出整堵空心墙。当整堵墙是一种包括空心墙的复杂构造体，此时在整堵墙的横断面构造上表现为：沿墙长方向次第接续有不同的横断面构造。这样，在使用前述的履印方式时，可以按此构造次序分别履印出不同横断面构造的墙体并接续成一堵墙，但最佳方案是：1、依一堵墙横断面沿墙长方向所接续的不同构造次第设置对应的模腔，并依此次序首先将与最外侧横断面构造对应的模腔转动至与掩模的掩腔相对应，2、控制装置控制机械手同步完成如下两个运动，一是挤出模与掩模相对间作往复运动，往复运动行程为模腔宽度，二是同时还控制机械手作沿墙长延伸方向的同步移动，并同时给料系统输送的浆料经由挤出模腔以及掩腔1挤出至墙体上，获得一层履印的墙体，此履印由沿墙长延伸方向不断重复接续的单元履印、对称单元履印、单元履印而组成，3、控制装置控制挤出模相对掩模作如下转动，依一堵墙横断面沿墙长方向所接续的不同构造，将与刚履印的构造接续的另一构造所对应的模腔转动至与掩模的掩腔相对应，4、重复第2步骤以及第3步骤，直至获得一层该整堵墙体完整的横断面履印5、步进抬高机械手，在下一层墙体上继续以前述的履印式打印，重复抬高并逐层履印，获得一个3D构造的墙体，此墙体包括有空心墙体。本发明相比现有技术具有如下优点：由于在打印复杂的横断面构造时，无需打印头作对应复杂的轨迹运动，而始终只需作移动以及与此移动同步的往复运动，故打印方式简单、机构简单且不易顺坏。同时打印速度快、生产效率高、墙体强度较好。附图说明图1为本发明最佳实施例所述空心墙体的3D打印装置中的机械手结构示意主视图；图2为图1的右视图；图3为本发明最佳实施例所述空心墙体的3D打印装置中的挤出模模腔面结构示意图；图4是本发明最佳实施例所述空心墙体的3D打印装置中的掩模模腔面结构示意图；图5为本发明最佳实施例所述空心墙体的3D打印装置中打印出的空心墙体横断面构造示意图；图6是一种空心墙体横断面构造示意图。标号说明：1.机械手2.供料管支座3.供料管4.前盖轴承支座5.掩模6.挤出模7.掩膜支座8.密封结构9.后盖轴承支座10.带式传动机构11.减速电机12.挤出模腔13.墙面模腔14.墙筋模腔15.掩腔16.墙面17.墙筋18.单元履印19.对称单元履印20.侧墙面21.侧墙面模腔22.空心墙下面结合附图对本发明进行更详尽的描述。具体实施方式最佳实施例：如图1和图2所示，空心墙体的3D打印装置，包括可以到达待建设墙体所在空间任意处的打印头、控制打印头动作的控制装置以及为打印头输送浆料的给料系统。打印头包括一种挤出模6和一种掩模5，挤出模6是一种空心圆柱体，圆柱壁上贯穿设置有一种挤出模腔12，挤出模6两端转动支撑在对应的轴承座上，供料管3同轴插接入挤出模6的空心圆柱体一端面，从而使挤出模6内腔与给料系统连通。掩模5是一种同轴套置在该挤出模6圆柱面上的又一种空心圆柱体，掩腔15位于该又一种空心圆柱体的圆柱面上。掩模5与挤出模6套叠的两端设置有密封机构8从而形成动密封。所述打印头以及连接给料系统和挤出模6内腔的供料管3均安装在一种机械手1上，此机械手1包括一支架，挤出模6前后盖对应支撑在前盖轴承支座4和后盖轴承支座9上，该前后盖轴承制作4、9均安装在支架上。掩模5也通过掩模支座7安装在支架上。支架上伸出一供料管支座2用于固定供料管3。控制装置中用于驱动挤出模相对掩模往复转动的第一驱动装置安装在支架上，第一驱动装置是由一种减速电机11和带式传动机构10组成，减速电机或是步进电机或是伺服电机。第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置均安装在机械手外，但与机械手传动连接。第二驱动装置驱动机械手1作沿墙长延伸方向移动并与上述往复转动同步；第三驱动装置用于驱动间歇的抬高机械手并也可下降移动机械手，当机械手完成一层的履印式打印时，步进抬高机械手以完成再一层的履印式打印；第四驱动装置用于需要时驱动机械手沿墙厚方向移动。控制装置还包括一种传感器，传感器向控制装置反馈打印头的位置信息，控制装置将所读取的挤出头的位置信息与设定的基础信息进行比较，根据比较结果发出相应控制信号，控制驱动打印头按设定进行履印式打印。参照图5，这是包括有空心墙的一堵墙的横断面构造，沿墙长方向有三种不同的横断面构造，分别是侧墙面20、墙面16、侧墙面20以及同时具有墙面墙筋的空心墙体22。参照图3，挤出模模腔也对应分成三种，其中：侧墙面模腔21对应的是侧墙面20，单一的墙面模腔13对应的是墙面16，同时包含有墙面模腔13和墙筋模腔14的空心墙模腔对应的是空心墙体22。空心墙体22挤出模模腔（即空心墙模腔）的构造形式以空心墙体的横断面构造的一单元18为蓝本进行构建，空心墙体横断面构造具有墙厚方向和墙长延伸方向，取一定长墙长延伸方向的全部墙厚方向上的构造为一单元，此部分墙厚方向上的构造或者包括两侧墙面以及全部墙筋，此一定长墙长延伸方向为单元18的宽度方向，此全部墙厚方向为单元18的长度方向，此空心墙模腔构造与此单元18构造全等。侧墙面模腔21也是以侧墙面20横断面构造的一单元为蓝本进行构建，这样建成的模腔形状为一种狭长条形。同理，单一的墙面模腔13由于仅对应两侧墙面，这样以相同方式构建的模腔即为图中所示的两个隔空相望的小方点。上述各模腔沿往复运动方向分区域设置，该等模腔分别以空心墙横断面墙长方向不同的横断面构造的一单元为蓝本进行构建，各区域间的模腔不连通。上述各区域模腔依空心墙横断面构造为蓝本相互间对齐。参照图4，掩模5上贯穿设置有一种掩腔15，此掩腔15呈一种狭长条形，其长度大于或等于与单元18长度相等的模腔长度，并同时掩腔15以可暴露挤出模模腔全长的方式与挤出模模腔对应设置，给料系统输送的浆料经由挤出模模腔以及掩腔15挤出至墙体以及空心墙体22上。参照图5，这样，打印头上的浆料挤出口是动态变化的，挤出口形状决定于挤出模腔与掩腔套叠后的贯穿部分，此贯穿部分随着掩模与挤出模之间的往复运动而不断变化。而同步进行的沿墙长延伸方向的共同移动，使得这种不断变化的贯穿部分得以履印在墙长延伸方向。以同时包含有墙面模腔13和墙筋模腔14的空心墙模腔对应的是空心墙体22为例，以这种履印首先是获得一个与挤出模腔全等的单元履印18，此时往复运动完成一个往的运动，其次接续的是一个与该单元履印18构造完全对称的对称单元履印19，此时完成的是往复运动中的复的运动，这样随着往复运动和墙长延伸方向移动的同步进行，就在墙长延伸方向获得一个单元履印18、对称单元履印19、单元履印18不断重复接续的空心墙履印，当浆料从挤出口不断挤出，此履印就是空心墙体的一层。当完成一个设计的墙长时，抬高挤出模和掩模（即抬高机械手），在下一层空心墙体上继续以前述的履印式打印空心墙体，就可获得一个3D构造的空心墙体。如果单元构造的长度方向是全部墙厚方向的构造，则此时一个包括两侧墙面、中间墙筋的完整的空心墙体已经完成。参照图3和图5，当需要首先打印侧墙面20时，就先将与该侧墙面20对应的侧墙面模腔21旋转至与掩腔15对应，让掩腔15围绕此侧墙面模腔21往复转动以及沿墙长方向移动完成该侧墙面20墙长方向的长度，就可获得一层该侧墙面完整的横断面履印；此时，再将与墙面16对应的单一的墙面模腔13转动至与掩腔15对应，让掩腔15围绕此单一的墙面模腔13往复转动以及沿墙长方向移动完成该墙面16墙长方向的长度，就可获得一层该墙面完整的横断面履印；此时，再将与空心墙体22对应的空心墙模腔1转动至与掩腔15对应，让掩腔15围绕此空心墙模腔往复转动以及沿墙长方向移动完成该空心墙体22墙长方向的长度，就可获得一层该空心墙体完整的横断面履印。这样，就完成了整堵墙全部墙长方向的横断面构造层，接续步进抬高机械手后，重复这种履印，从而屡印出整堵包括空心墙的整堵墙体。当然，也可以是另一种的履印接续方式，即：先层层履印出侧墙面20整堵墙体，再层层履印出墙面16的整堵墙体，再层层履印出空心墙22的整堵墙体，这样，三堵墙体接续成一个完整的整堵墙体。空心墙体的3D打印方法，包括如下步骤：1、提供一种前述的空心墙体的3D打印装置，2、依一堵墙横断面沿墙长方向所接续的不同构造次第设置对应的模腔，并依此次序首先将与最外侧横断面构造对应的模腔转动至与掩模5的掩腔15相对应，3、控制装置控制机械手1同步完成如下两个运动，一是挤出模6与掩模5相对间作往复运动，往复运动行程为模腔宽度，二是同时还控制机械手1作沿墙长延伸方向的同步移动，并同时给料系统输送的浆料经由挤出模腔以及掩腔15挤出至墙体上，获得一层履印的墙体，此履印由沿墙长延伸方向不断重复接续的单元履印、对称单元履印、单元履印而组成，4、控制装置控制挤出模6相对掩模5作如下转动，依一堵墙横断面沿墙长方向所接续的不同构造，将与刚履印的构造接续的另一构造所对应的模腔转动至与掩模5的掩腔15相对应，5、重复第3步骤以及第4步骤，直至获得一层该整堵墙体完整的横断面履印6、步进抬高机械手，在下一层空心墙体上继续以前述的履印式打印，重复抬高并逐层履印，获得一个3D构造的空心墙体。本实施例未述部分与现有技术相同。