地下工程3D打印装置与方法与流程

文档序号:12581094阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种地下工程3D打印装置,其特征在于,包括:

包括模块化三轴驱动导向自适应扩展装置(100),与其连接的实体建筑3D打印装置(200)和掘进排土机用驱动导向装置(500),以及与所述掘进排土机用驱动导向装置(500)连接的CNC掘进排土机(400),其中,

所述模块化三轴驱动导向自适应扩展装置(100),包括:

可扩展的模块化地面导轨(110);

设置于所述模块化地面导轨(110)上的XY方向驱动车轮(120);

设置于所述XY方向驱动车轮(120)上的X、Y、Z方向模块化稳定导轨(130),每个X、Y、Z方向模块化稳定导轨(130)的两端对应设置有X、Y、Z方向稳定导轨扩展连接件(160);

设置于所述Z方向模块化稳定导轨(130)的下部的转动顶升驱动(140),所述转动顶升驱动(140)与所述XY方向驱动车轮(120)连接;

设置于所述Z方向模块化稳定导轨(130)的上部的Z方向顶升制动驱动(150),X、Y方向模块化稳定导轨(130)上对应设置有X、Y方向驱动制动(170);

所述实体建筑3D打印装置(200),包括:

设置于所述Y方向模块化稳定导轨(130)上的打印头导轨横梁(210);

设置于所述打印头导轨横梁(210)上的Y方向打印头导轨驱动(220)和打印头横梁制动(230),打印头导轨横梁(210)一端与建筑材料(300)输送管连接,另一端设置所述打印头导轨横梁扩展连接件(240);

设置于所述打印头导轨横梁(210)上的竖向打印头(250)和X方向打印头驱动制动(260),所述X方向打印头驱动制动(260)与所述竖向打印头(250)连接;

所述掘进排土机用驱动导向装置(500),包括:

设置于所述Y方向模块化稳定导轨(130)上的掘进排土机导轨横梁(510);

设置于所述掘进排土机导轨横梁(510)上的掘进排土机Y方向导轨驱动(520)和掘进排土机横梁制动(530),所述掘进排土机导轨横梁(510)一端内的排土管为土及碎石出口(600),另一端设置掘进排土机导轨横梁扩展连接件(540);

设置于所述掘进排土机导轨横梁(510)上的竖向CNC掘进排土机(400)和掘进排土机X方向驱动制动(550),所述掘进排土机X方向驱动制动(550)与所述竖向CNC掘进排土机(400)连接。

2.如权利要求1所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述CNC掘进排土机(400)包括:

防护支撑装置(450);

设置于所述防护支撑装置(450)外的铣削掘进刀盘(410);

设置于所述防护支撑装置(450)内的铣削旋转动力系统(420)和土及碎石仓(430)、吸力螺旋排土装置(440),其中,所述铣削掘进刀盘(410)与铣削旋转动力系统(420)连接,所述土及碎石仓(430)一端与所述铣削掘进刀盘(410)连通,另一端与所述吸力螺旋排土装置(440)连通。

3.如权利要求2所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述防护支撑装置(450),包括:

与掘进排土机导轨横梁(510)连接顶部支撑壳(455);

设置于所述顶部支撑壳(455)内部的多道顶部支撑(454);

与所述顶部支撑壳(455)的底部刚接的中部支撑板(453);

与所述中部支撑板(453)边缘与外部刚接的防护支撑壳(452);

与所述防护支撑壳(452)竖向内部的中部刚接的底部支撑板(451)。

4.如权利要求3所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述铣削旋转动力系统(420),包括:

设置于底部支撑板(451)中心的可转动的刀盘中心主轴(421);

铣削旋转动力传递元件(423)连接;

铣削动力液压马达(422),所述刀盘中心主轴(421)上顶端与所述铣削动力液压马达(422)之间通过所述铣削旋转动力传递元件(423)连接。

5.如权利要求4所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述铣削掘进刀盘(410),包括:

与所述刀盘中心主轴(421)下顶端连接的刀盘翼板(415);

主铣削刀盘(412),所述刀盘翼板(415)底部边缘与主铣削刀盘(412) 一端相连并斜交;

设置于主铣削刀盘(412)中心部的一系列中心刀盘(411);

设置于所述主铣削刀盘(412)中心与边缘之间的一系列正铣刀盘(413);

所述防护支撑壳(452)底部环向设置有一系列外周铣削刀盘(414),所述外周铣削刀盘(414)的轴心垂直于刀盘翼板(415)。

6.如权利要求5所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述土及碎石仓(430)由所述刀盘翼板(415)、底部支撑板(451)和防护支撑壳(452)围成。

7.如权利要求6所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述吸力螺旋排土装置(440),包括:

离心吸渣离心泵(442);

设置于所述离心吸渣离心泵(442)下部的吸渣入口(441),所述吸渣入口(441)的外表面嵌入于所述底部支撑板(451)内部,与所述土及碎石仓(430)连通;

设置于所述离心吸渣离心泵(442)上部轴心的螺旋输送轴(445);

设置于所述螺旋输送轴(445)外部的排土密封筒体(446);

螺旋动力传递元件(444);

螺旋推进动力液压马达(443),所述离心吸渣离心泵(442)与螺旋推进动力液压马达(443)之间通过所述螺旋动力传递元件(444)连接。

8.如权利要求1所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述模块化地面导轨(110)包括:

4条两两平行与地面接触的模块化地面导轨(110),其中两条为X方向地面导轨(111),另外两条为Y方向地面导轨(112),所述X、Y方向地面导轨(111)、(112)两端对应设置实现扩展地面导轨长度X、Y方向的地面导轨扩展连接件(113)、(114)。

9.如权利要求8所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述XY方向驱动车轮(120)包括与其中两条平行轨道X方向或Y方向地面导轨(111)、(112)接触的4个XY方向驱动车轮(120)。

10.如权利要求9所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述X、Y、Z方向模块化稳定导轨130包括4根垂直于地面的Z方向模块化稳定导轨(133)、连接于所述4根Z方向模块化稳定导轨(133)的上部的2根上层X方向稳定导轨(131)和2根上层Y方向稳定导轨(132),连接于所述4根Z方向模块化稳定导轨(133)的下部的2根下层X方向稳定导轨(131)和2根下层Y方向稳定导轨(132),2根上层X方向稳定导轨(131)和2根上层Y方向稳定导轨(132)连接构成上层矩形,2根下层X方向稳定导轨(131)和2根下层Y方向稳定导轨(132)连接构成下层矩形,其中,

每根Z方向稳定导轨(133)的一端分别通过所述转动顶升驱动(140)与4个XY驱动车轮(120)固结,每根Z方向稳定导轨(133)另一端各连接有2个Z方向顶升制动驱动(150),每根上层X方向稳定导轨(131)和上层Y方向稳定导轨(132)设置于所述2个Z方向顶升制动驱动(150)之间;

每根Z方向稳定导轨顶部(150)均设置有实现扩展Z方向稳定导轨(133)长度的Z方向稳定导轨扩展连接件(163);

每根X方向稳定导轨(131)的每端设置有2个X方向驱动制动(171)和实现扩展X方向稳定导轨(131)长度的X方向稳定导轨扩展连接件(161);

每根Y方向稳定导轨(132)的每端设置有2个Y方向驱动制动(172)和实现扩展Y方向稳定导轨(132)长度的Y方向稳定导轨扩展连接件(162)。

11.如权利要求10所述的地下工程3D打印装置,其特征在于,所述打印头导轨横梁(210)设置于所述平行的2根上层Y方向稳定导轨(132)上;

所述Y方向打印头导轨驱动(220)和打印头横梁制动(230)的数量分别为2个,Y方向打印头导轨驱动(220)和打印头横梁制动(230)分别设置于所述打印头导轨横梁(210)与2根上层Y方向稳定导轨(132)的连接端;

所述竖向打印头(250)设置于2个打印头横梁制动(230)之间的打印头导轨横梁(210)上,所述竖向打印头(250)通过所述X方向打印头驱动制动(260)设置于打印头导轨横梁(210)上。

12.一种采用如权利要求1至11任一项所述地下工程3D打印装置的打印方法,其特征在于,所述方法包括:

通过CNC动力控制系统向掘进排土机用驱动导向装置(500)和CNC掘进排土机(400)发送控制指令,启动Z方向顶升制动驱动(150)实现掘进排土机导轨横梁(510)在Z方向的移动,通过掘进排土机Y方向导轨驱动(520)和掘进排土机横梁制动(530)控制掘进排土机导轨横梁510实现Y方向的移动,通过掘进排土机X方向驱动制动(550)控制CNC掘进排土机(400)实现X方向的移动,通过控制CNC掘进排土机(400)在XY平面内逐层铣削掘进开挖土体并通过土及碎石出口(600)排出土体,并实现地下工程土体自上向下逐层沿Z方向的开挖;

直至地下工程土体开挖完毕,通过所述动力控制系统向实体建筑3D打印装置(200)发送控制指令,启动Z方向顶升制动驱动(150)实现打印头导轨横梁(210)在Z方向的移动,通过Y方向打印头导轨驱动(220)和打印头横梁制动(230)控制打印头导轨横梁(210)实现Y方向的移动,通过X方向打印头驱动制动(260)控制打印头(250)实现X方向的移动,通过控制打印头(250)在XY平面内喷射建筑材料(300)实现地下工程结构各建筑截面层打印施工,并实现地下工程结构自下向上逐层沿Z方向打印。

13.如权利要求12所述地下工程3D打印装置的打印方法,其特征在于,所述方法还包括:

若地下工程结构超过XY平面内打印装置的X方向的掘进或打印范围,通过所述动力控制系统向模块化三轴驱动导向自适应扩展装置(100)发送控制指令,通过XY方向驱动车轮(120)沿着X方向地面导轨(111)行驶,同时调节X方向驱动制动(171)扩展X方向掘进或打印范围,待超出X方向稳定导轨(131)的长度,通过X方向地面导轨扩展连接件(113)加长连接新的X方向地面导轨标准段,并通过X方向稳定导轨扩展连接件(161)加长连接新的X方向稳定导轨标准段,调节XY方向驱动车轮(120)沿着X方向地面导轨标准段行驶,同时调节X方向驱动制动(171)实现X方向掘进或打印区域进一步扩大,若X方向掘进或打印范围超过掘进排土机导轨横梁(510)或打印头导轨横梁(210)范围,通过掘进排土机导轨横梁扩展连接件(540)和打印头横梁扩展连接件(240)分别加上连接新的掘进排土机导轨横梁或打印头导轨横梁。

14.如权利要求12所述地下工程3D打印装置的打印方法,其特征在于,所述方法还包括:

若地下工程结构超过XY平面内打印装置的Y方向的掘进或打印范围,通过所述动力控制系统向模块化三轴驱动导向自适应扩展装置(100)发送控制指令,通过控制转动顶升驱动(140)实现驱动车轮(120)转向,通过XY方向驱动车轮(120)沿着Y方向地面导轨(112)行驶,同时调节Y方向制动(172)扩展Y方向掘进或打印范围,待超出Y方向稳定导轨(132)长度,通过Y方向地面导轨扩展连接件(114)加长连接新的Y方向地面导轨标准段,并通过Y方向稳定导轨扩展连接件(162)加长连接新的Y方向稳定导轨标准段,调节XY方向驱动车轮(120)沿着Y方向地面导轨标准段行驶,同时调节Y方向驱动制动(172)实现Y方向掘进或打印区域进一步扩大。

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