一种基于3D打印的墙体结构及其打印方法与流程

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种基于3D打印的墙体结构及其打印方法。

背景技术：

3D打印是近几年来发展快速的一项新型科技，因其具有成型快速及自动化程度高等优点而被广泛应用于教育、医疗、制造和航天等领域。3D打印是增材制造的一种技术，这个定义是相对于减材制造而言的，减材制造不能实现的异形结构及难实现的复杂结构，3D打印均可实现，因此可以说3D打印是一场技术革命。如果将3D打印应用于建筑领域，可充分发挥其优势，不仅智能环保安全快捷，而且结合新型建筑材料可实现就地取材、降低造价，具有广阔的发展前景。

目前建筑3D打印在实施过程中未与传统施工方式结合，仅打印简单的墙体结构，不考虑基础的稳固性及基础与墙体的一体性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于3D打印的墙体结构及其打印方法，以解决上述现有技术存在的问题，使打印基础稳固性高，与墙体结合性好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于3D打印的墙体结构，包括打印基础，所述打印基础上开设有第一凹槽，所述第一凹槽自上至下直径逐渐减小；所述第一凹槽内设置有环梁，所述环梁上开设有第二凹槽，所述第二凹槽结构与所述第一凹槽结构相同，所述第二凹槽内设置有墙体；所述第一凹槽的侧壁与所述环梁的侧壁之间填充有细石混凝土，所述第二凹槽的侧壁与所述墙体的侧壁之间填充有细石混凝土；所述墙体内铺设有多个水平设置的横向钢筋。

可选的，所述环梁内埋设有四根均匀设置的钢套管；所述环梁侧壁上开设有吊装孔。

可选的，所述墙体上开设有门窗口，所述门窗口的侧壁上设置有竖向钢筋。

可选的，所述门窗口的内壁上涂覆有15mm的砂浆。

可选的，所述打印基础宽800mm，高300mm，所述第一凹槽以所述打印基础的顶面为基础深度为100mm；所述第一凹槽的侧壁最高处距离所述打印基础的侧壁的水平距离均为140mm；所述第一凹槽底部直径为500mm。

可选的，所述环梁宽500mm，高400mm，所述第二凹槽以所述环梁的顶面为基础深度为100mm；所述第二凹槽的侧壁最高处距离所述环梁的侧壁的水平距离为140mm；所述第二凹槽底部直径为220mm。

可选的，所述环梁上均匀铺设有三层环形钢筋。

本发明还公开一种上述基于3D打印的墙体结构的打印方法，主要包括如下步骤：

步骤一；根据建设房屋的规模，硬化相应规模的地面；

步骤二；在硬化后的地面上打印设置打印基础，打印基础的第一凹槽内吊装环梁，并将打印基础和环梁之间的空隙用细石混凝土填充；

步骤三；打印墙体；打印过程中，在墙体高度为573mm、861mm、1347mm、1833mm和2463mm处分别水平布设横向钢筋；

步骤四；墙体打印完成，将15mm厚的水泥砂浆涂覆于墙体的最顶层横向钢筋上，涂覆时添加预埋件；最终通过栓钉在墙体上连接钢结构的房顶。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明采用水平铺设钢筋的方式，选择性的在门窗附近铺设，既防止因结构受力而带来的裂缝，又增加了门窗和墙体的一体性，既可保证建筑墙体的承重与围护的合一性，又可保证打印墙体的节能、美观等因素；环梁能够防止地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋的不利影响，以增强房屋的整体刚度及墙体的稳定性，同时环梁上开设有吊装孔，便于移动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于3D打印的墙体结构的打印基础和环梁的剖面示意图；

图2为本发明基于3D打印的墙体结构的打印基础俯视图；

图3为本发明基于3D打印的墙体结构的墙体示意图；

图4为本发明基于3D打印的墙体结构的墙体俯视图；

图5为本发明基于3D打印的墙体结构墙体的门窗口的侧边构造示意图；

其中，1为打印基础、2为环梁、3为墙体、4为细石混凝土、5为横向钢筋、6为竖向钢筋、7为门窗口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于3D打印的墙体结构及其打印方法，以解决上述现有技术存在的问题，使打印基础稳固性高，与墙体结合性好。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种基于3D打印的墙体结构，如图1-图5所示，包括打印基础1，打印基础1上开设有第一凹槽，第一凹槽自上至下直径逐渐减小；第一凹槽内设置有环梁2，环梁2上开设有第二凹槽，第二凹槽结构与第一凹槽结构相同，第二凹槽内设置有墙体3；第一凹槽的侧壁与环梁2的侧壁之间填充有细石混凝土4，第二凹槽的侧壁与墙体3的侧壁之间填充有细石混凝土4；墙体3内铺设有多个水平设置的横向钢筋5。

进一步优选的，环梁2内埋设有四根均匀设置的钢套管；环梁2侧壁上开设有吊装孔。墙体3上开设有门窗口7，门窗口7的侧壁上设置有竖向钢筋6。门窗口的内壁上涂覆有15mm的砂浆。具体的，如图1、图2和图4上的尺寸标注所示，各个部分的尺寸为打印基础1宽800mm，高300mm，第一凹槽以打印基础的顶面为基础深度为100mm；第一凹槽的侧壁最高处距离打印基础的侧壁的水平距离均为140mm；第一凹槽底部直径为500mm。环梁2宽500mm，高400mm，第二凹槽以环梁2的顶面为基础深度为100mm；第二凹槽的侧壁最高处距离环梁2的侧壁的水平距离为140mm；第二凹槽底部直径为220mm。环梁2上均匀铺设有三层环形钢筋。

本发明还公开一种上述基于3D打印的墙体结构的打印方法，主要包括如下步骤：

步骤一；根据建设房屋的规模，硬化相应规模的地面；

步骤二；在硬化后的地面上打印设置打印基础1，打印基础1的第一凹槽内吊装环梁2，并将打印基础1和环梁2之间的空隙用细石混凝土4填充；打印基础1和环梁2采用3D打印部分的第一凹槽连接，同时采用表面凿毛法，使之形成更紧密的连接。而后空隙部分填充细石混凝土4，同样加强了两部分的连接。设置环梁2为了防止地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋的不利影响，以增强房屋的整体刚度及墙体的稳定性。最后，环梁2上打印的墙体3的部分采用同样的方式完成。由于考虑到后期吊装和移动情况，此环梁2内预埋四根φ100*6钢套管，平均分布。

步骤三；打印墙体3；打印过程中，在墙体3高度为573mm、861mm、1347mm、1833mm和2463mm处分别水平布设横向钢筋5，整个墙体3打印中，只需局部添加水平的横向钢筋5，规格为Φ12。钢筋的添加位置在门窗附近，防止后期结构受力造成裂缝；门窗打印过程中采用临时性的模板，完成之后用15mm厚的砂浆覆面。墙体3铺设Φ12的横向钢筋5，门、窗边铺设Φ6竖向钢筋6，再用15mm厚的砂浆涂抹，加强了墙体3和门窗的一体性。

步骤四；墙体3打印完成，将15mm厚的水泥砂浆涂覆于墙体3的最顶层横向钢筋5上，涂覆时添加预埋件；房顶采用钢结构形式，质量轻，结构强，通过栓钉方式与墙体连接。需要注意的是，整个打印过程中门窗可预留。

打印材料属于速凝材料，打印层次明显，层次间承载力较低，打印时同一竖向位置上下打印时间不宜超过材料的初凝时间，不得超过终凝时间。同一水平位置相邻横向打印时间不得超过材料的初凝时间。打印时需要配置钢筋处，需要提前加工制作钢筋，非整根钢筋搭接时，需要满足搭接要求，不得后置钢筋。墙体打印完成后7天方可施工屋面及相应的屋面支持构件。

本发明的材料成本低，打印过程中人工使用量大大减少，打印时无粉尘，打印节能环保，打印的墙体美观。3D打印的实施过程为打印机在代码驱动下按照预设路径在二维平面上打印一层，接着打印机Z轴提升一层，第二层在已有的第一层基础上继续打印，上下两层的打印材料通过打印头的上下挤压及胶凝材料的胶凝作用连接在一起，形成实际的墙体结构。所以打印过程中Z轴方向上的钢筋会阻碍到打印头的移动。本发明中，采用水平布设横向钢筋，而垂直方向不布设钢筋的方式进行，不影响建筑3D打印机的作业范围。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。