定轨式混凝土3D打印机及打印方法

本发明涉及3d打印混凝土。具体地说是定轨式混凝土3d打印机及打印方法。

背景技术：

1、现有的混凝土3d打印机根据工作模式分为框架式、机械臂式、回旋式三种类型，其共同特点是：1、为了使打印头定位在需要的位置实施打印，需要通过多轴运动组件(模块)的运动将打印头移动到所需的位置；2、工作时打印头固定在打印臂末端或只能沿打印臂进行有限范围的移动。

2、现有混凝土3d打印机的工作模式不可避免的导致运动组件沉重而复杂，造成设备造价与系统控制难度的居高不下。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种降低了打印机制造成本和控制难度的定轨式混凝土3d打印机及打印方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、定轨式混凝土3d打印机，包括定轨和主打印小车，所述定轨固定安装在工作平台上，所述工作平台通过滑套套装在立柱的外壁上，立柱用于支撑所述工作平台和所述定轨；所述定轨是相对于x轴和y轴构成的水平打印工作面固定的轨道，在安装固定后，所述定轨中轴线位于所需打印建筑物墙体沿z轴在xy平面上的投影范围，即所述定轨为所需打印的建筑物墙体的轴线垂直投影重合的固定式轨道；所述定轨固定安装有齿条/链条；所述工作平台螺栓固定连接在滑套上，所述滑套内侧壁上设有滚柱槽，滚柱在滚柱槽内滚动，实现滑套沿立柱的垂直z轴方向运动；

4、所述主打印小车包括箱体以及在箱体下安装的主打印头；箱体内部设有齿轮和驱动电机，驱动电机的动力输出端与齿轮驱动连接，所述主打印小车的齿轮与定轨上的齿条/链条啮合；所述驱动电机通过齿轮与齿条/链条啮合，使得主打印小车沿着定轨运动。

5、上述定轨式混凝土3d打印机，所述定轨为金属材质、塑料材质和竹木材质之一，或者为上述三种材质复合的材质；所述定轨(1)的截面的形状为工字型，h型，c型，矩形，方形、x型、王字型、l型、i型、o型、椭圆形和三角形中的一种，或者为上述形状的组合；所述定轨与箱体内设置的导轮滑动接触，从而使得所述主打印小车沿着定轨运行；所述导轮的数量为两个以上。定轨材质和形状可以根据定轨设置的形状、体积选择不同材质不同截面形状，从而在确保定轨的强度的情况下，减轻定轨的质量和减小定轨加工难度。特别是定轨的截面的形状可以进行多种选择，仅需保证导轮与定轨之间形成稳定的支撑，防止主打印小车在定轨上运行过程中晃动。

6、上述定轨式混凝土3d打印机，在箱体和主打印头之间设置有滑轨，所述滑轨顶端的中部固定在所述箱体的下底面上，所述滑轨沿墙体宽度方向设置；所述主打印头滑动连接在所述滑轨的下底面；主打印头沿着滑轨移动实现内外墙体的打印。

7、上述定轨式混凝土3d打印机，当所述定轨的横截面为工字型结构时：所述箱体为前后开口、顶板半封口结构，在箱体顶板螺栓连接有顶导轮；箱体的左侧壁内螺栓连接有左一导轮和左二导轮，箱体的右侧壁内螺栓连接有右一导轮和右二导轮；顶导轮滑动接触所述定轨的工字型的连接梁的左侧中部；左一导轮和左二导轮分别滑动接触所述定轨的工字型的下梁左侧的上底面和下底面；右一导轮和右二导轮分别滑动接触所述定轨的工字型的下梁右侧的上底面和下底面；齿条/链条安装在所述定轨的工字型的连接梁的右侧上部；所述箱体的右侧壁上固定安装有支撑块，支撑块上固定连接所述驱动电机。工字型钢材较为常见，利用价格便宜，易于加工的工字型钢材可以加工成所需形状的定轨，通过在箱体内设置多个相互支撑配合的导轮，使得导轮与定轨之间形成稳定的支撑，主打印小车可以在定轨上稳定的滑动，防止主打印小车因晃动导致的打印精度下降的问题。

8、上述定轨式混凝土3d打印机，混凝土3d打印机还包括副轨与副打印小车；工作平台中心位置设有中轴，所述副轨为直线型结构，所述副轨的一端与所述中轴连接，所述副轨的另一端与所述主打印小车通过铰链连接；所述副打印小车的结构与所述主打印小车相同，所述副轨的结构与所述定轨相同。通过主打印小车与副打印小车的组合运动可以将打印头定位在建筑物平面内任意一点，从而实现对楼盖、屋盖等平面类型构件的打印。

9、上述定轨式混凝土3d打印机，在副打印小车下部安装副打印头，或者将主打印头安装在副打印小车下部。

10、利用上述定轨式混凝土3d打印机的打印方法，

11、(1)当需要打印建筑物墙体时：利用定轨和主打印小车进行建筑物墙体的打印；

12、(2)当需要打印平面构件时：利用定轨、主打印小车、副轨和副打印小车进行建筑物墙体的打印。平面构件包括楼板、屋盖等。

13、上述定轨式混凝土3d打印机的打印方法，当需要打印建筑物墙体时，首先根据所打印的建筑墙体轴线垂直投影的形状设置定轨的形状，使定轨与所需打印的建筑墙体轴线垂直投影重合；然后将定轨固定在工作平台上，通过滑套在立柱上垂直运动调整工作平台的在z轴上的位置；之后打开主打印小车的主打印头进行混凝土3d打印；在打印的过程中，主打印小车上的驱动电机启动，驱动齿轮转动，齿轮与定轨上的齿条/链条啮合，从而使的主打印小车沿着定轨运动，实现建筑物墙体的打印；一层打印完成后，通过调整滑套在立柱上垂直运动调整工作平台的在z轴上的位置，再进行下一层的打印。

14、上述定轨式混凝土3d打印机的打印方法，打印过程中，主打印头沿着滑轨移动，实现建筑物墙体的内墙打印或者外墙打印。

15、上述定轨式混凝土3d打印机的打印方法，当需要打印平面构件时，副轨的一端与工作平台中心位置的中轴铰接，副轨的另一端与所述主打印小车通过铰链连接；定轨的形状与平面构件的外轮廓相同，定轨固定在工作平台上；

16、打印时，主打印小车沿着外侧定轨进行周向运动，副打印小车沿着副轨轨道做直线运动；主打印小车牵引副轨轨道绕着中轴旋转，副打印小车的副打印头的打印模式为回旋式打印模式，主打印头不进行打印。

17、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

18、1、本发明提出了一种定轨式混凝土3d打印机工作模式，定轨式打印机整体结构型式为框架式，但只有z轴一个运动轴，其工作平台沿着z轴进行上下升降滑动，工作平台上安装有与建筑物墙体轴线垂直投影重合的固定式轨道——定轨，定轨上安装了齿条或链条，主打印小车自带驱动机构，驱动机构通过啮合定轨上安装的齿条或链条牵引打印小车沿着定轨运动，打印头安装在打印小车上。

19、2、定轨代替了现有技术采用的通过多轴协同动作在平面内定位的机构与工作模式；提出的定轨式混凝土打印机工作原理极大地简化了混凝土3d打印机的结构，降低了打印机制造成本和控制难度。

20、3、对于不同墙体布置形式(例如圆形、矩形轮廓)的建筑，通过更换与之墙体布置匹配的定轨即可实施不同布局的建筑物墙体打印建造。

21、4、通过主打印小车与副打印小车的组合运动可以将打印头定位在建筑物平面内任意一点，从而实现对楼盖、屋盖等平面类型构件的打印。

22、5、主打印小车下部设置了滑轨，打印头通过沿着主打印小车上安装的沿墙体宽度方向的滑轨移动来实现内外层墙体的打印。

23、6、在主打印小车内，根据定轨的结构，设置多个导轮，顶导轮与支撑块和驱动电机分别抵顶定轨工字型的连接梁的左右两侧，工字型的下梁两侧分别被左一导轮和左二导轮与右一导轮和右二导轮滑动夹持，既可以实现主打印小车在定轨上移动，有可以防止主打印小车在定轨上晃动，保持稳定，确保打印质量。