一種塔式3d打印機及其打印方法

一種塔式3d打印機及其打印方法
【專利摘要】本發明適用于建筑行業，提供了一種塔式3D打印機，包括塔吊、物料添加系統、控制系統、機動系統、物料導管和打印系統；所述控制系統分別與所述物料添加系統、所述機動系統相連接，用于建立3D模型、控制打印系統按3D模型進行打印和向機動系統發送控制指令；所述物料添加系統通過物料導管與打印系統相連接，用于存儲建筑物料和向打印系統傳送建筑物料；所述打印系統固定在所述塔吊上，分別與機動系統、物料添加系統和控制系統電連接，用于打印3D建筑；所述機動系統安裝在所述塔吊上，用于控制所述塔吊和所述打印系統的運動。所述的塔式3D打印機，可以省略大部分手動施工作業，節約了大量勞動力、物力和施工成本。
【專利說明】一種塔式3D打印機及其打印方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于3D打印【技術領域】，尤其涉及一種塔式3D打印機及其打印方法。
【背景技術】
[0002]塔吊是一種重要的起重設備，在工程建設方面應用廣泛，根據塔吊使用情況、受力結構和起重大小，塔吊可以分為很多種類和型號，如平臂塔吊、動臂塔吊等。平臂塔吊一定范圍內沿著塔架豎直爬升，從而增加塔吊吊裝高度，同時，其平臂可以在操作人員的控制下在水平面上平臂半徑范圍內旋轉，從而實現平臂半徑范圍內及起重范圍內的構件吊裝。
[0003]隨著3D打印技術的發展并逐漸成熟，3D打印技術給制造業帶來技術革新。在勞動力密集型的建筑行業，如能引入3D打印技術進行工程施工生產，在施工效率，生產成本，工程工期，機械化自動化水平提高等方面均能有很大程度的提高。因此，如何設計一款適用于建造施工用的3D打印設備是值得研究的問題。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題在于，提供一種可進行3D打印的塔式3D打印機及塔式3D打印機的打印方法。
[0005]本發明是這樣實現的，一種塔式3D打印機，包括塔吊、物料添加系統、控制系統、機動系統、物料導管和打印系統；
[0006]所述控制系統分別與所述物料添加系統、所述機動系統相連接，用于建立3D模型、控制打印系統按所述3D模型進行打印，還用于向所述機動系統發送控制指令；
[0007]所述物料添加系統通過所述物料導管與所述打印系統相連接，用于存儲建筑物料并通過所述物料導管向所述打印系統傳送所述建筑物料；
[0008]所述打印系統固定在所述塔吊上，分別與所述機動系統、所述物料添加系統和所述控制系統電連接，用于打印3D建筑；
[0009]所述機動系統安裝在所述塔吊上，用于控制所述塔吊和所述打印系統的運動，使打印系統精確定位到需要打印的位置上。
[0010]進一步地，所述打印系統包括打印機頭和激光控制頭；所述激光控制頭安裝在所述打印機頭的下方，用于將物料熔化、凝固和成型；所述打印機頭根據所述控制系統的控制進行精確定位打印位置。
[0011]進一步地，所述塔吊包括塔架、升降架、塔吊平臂、滑動架和纜繩；
[0012]所述升降架安裝在所述塔架上，用于調整塔吊的上下運動；所述塔吊平臂轉動連接在所述塔架上，在所述機動系統的控制下能以塔架為軸心轉動；所述滑動架可滑動地連接在所述塔吊平臂上，且通過所述纜繩固定所述打印系統。
[0013]進一步地，所述機動系統包括發動機、數控模塊和單片機；所述單片機分別與所述發動機和所述數控模塊相連接，用于接收所述控制系統的指令并向所述數控模塊和所述發動機發送控制指令；所述數據模塊通過控制所述發動機的轉動來控制所述塔吊平臂、所述滑動架和所述升降架的運動。
[0014]進一步地，所述控制系統安裝有3D建模軟件，所述3D建模軟件用于制作需要打印的3D建筑模型；所述控制系統還安裝有控制軟件，所述控制軟件用于向所述機動系統發送控制指令、控制物料的流動速度和控制所述激光控制頭的參數及溫度。
[0015]本發明還提供一種塔式3D打印機的打印方法，該打印方法采用如上任一所述的塔式3D打印機，包括以下步驟:
[0016]加入3D打印所需要的建筑物料；
[0017]建立需要打印的3D模型，并根據所述3D模型的坐標位置向機動系統發送控制指令；
[0018]所述機動系統根據所述控制指令控制塔吊的運動，使打印系統精確定位到需要打印的坐標位置上；
[0019]定好坐標位置后，控制建筑物料通過物料導管向打印系統輸送建筑物料并進行3D打印。
[0020]進一步地，在加入打印所需的建筑物料時還需要按一定比例增加粘合劑。
[0021]進一步地，所述打印系統定位打印位置時，先由控制系統發出總控制指令給所述機動系統，再由所述機動系統控制塔吊的上下運動、水平運動和控制打印系統的位置滑動，從而達到需要打印的精確位置。
[0022]進一步地，在進行3D打印時，所述控制系統控制物料的流動速度和控制所述打印系統的參數與溫度。
[0023]本發明與現有技術相比，有益效果在于:通過塔式3D打印機進行3D打印建筑，可以省略了大部分工人施工現場手動施工作業，在建造時只需要技術人員管理設備運營，材料準備和現場管理，節約了大量勞動力和物力，同時，通過在地上的控制系統控制所述機動系統進行控制塔吊的水平移動和上下高度的調節，避免了需要人員在高空作業帶來的危險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發明實施例提供的塔式3D打印機的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]如圖1所不,為本發明一較佳的實施例，一種塔式3D打印機,包括塔吊100、物料添加系統300、控制系統400、機動系統200、物料導管106和打印系統500。所述控制系統400分別與物料添加系統300、機動系統200相連接，用于建立3D模型、控制打印系統500按所述3D模型進行打印，還用于向所述機動系統200發送控制指令。物料添加系統300通過物料導管106與所述打印系統500相連接，用于存儲建筑物料并通過物料導管106向打印系統500傳送所述建筑物料。打印系統500固定在所述塔吊100上，分別與機動系統200、物料添加系統300和控制系統400電連接，用于打印3D建筑。機動系統200安裝在所述塔吊100上，用于控制塔吊100和打印系統500的運動，使打印系統500精確定位到需要打印的
位置上。
[0027]塔吊100包括塔架104、升降架103、塔吊平臂101、滑動架102和纜繩105，升降架103安裝在塔架104上，用于調整塔吊100的上下運動。所述塔吊平臂101轉動連接在塔架104上且可以在機動系統200的控制下以塔架104為軸心轉動。滑動架102可滑動地連接在塔吊平臂101上，纜繩105的一端固定在滑動架102上，另一端用于固定打印系統500。
[0028]所述打印系統500包括打印機頭501和激光控制頭502 ;激光控制頭502安裝在打印機頭501的下方，用于將物料熔化、凝固和成型。打印機頭501根據所述控制系統400的控制進行精確定位打印位置。圖1中108為3D打印過程中熔化的建筑物料，109為打印好的建筑。打印時，通過控制系統400控制塔吊平臂101在水平面(x，y，O)上移動，找到精確位置進行打印，同時控制系統400也可以控制塔架104進行上升或下降，控制打印機頭501上下自由升降，實現打印機頭501在三維立體空間內精確定位。在控制系統400控制下，建筑物料通過物料導管106到達打印機頭501處，激光控制頭502利用激光技術實現建筑物料的速熔速凝作用從而達到快速成型，實現立體建筑工程層層堆積而達到三維建設的效果O
[0029]所述機動系統200包括發動機、數控模塊和單片機(未在圖中標示出來);所述單片機分別與所述發動機和所述數控模塊相連接，用于接收所述控制系統400的指令并向所述數控模塊和所述發動機發送控制指令；所述數據模塊通過控制所述發動機的轉動來控制所述塔吊平臂101、所述滑動架102和所述升降架103的運動。其中從控制系統400向機動系統200和打印系統500傳送電源和信號數據的電源線和信號線107的布線與物料導管106的走向一致。通過機構系統200中的電路控制及控制系統400中的軟件控制，達到控制塔吊平臂101在水平范圍內移動和升降架103在一定范圍內升降，從而實現打印機頭501能夠在三維空間內精確定位進行打印，并且可以實現控制打印機頭501移動的速度。
[0030]所述控制系統400可以采用工業電腦加裝控制卡、驅動卡的形式控制，且控制系統400安裝有3D建模軟件，所述3D建模軟件用于制作需要打印的3D建筑模型。所安裝的3D建模軟件，目前比較實用的有開源3D模型設計軟件。比如，所安裝的3D建模軟件可以為=Blender，它是最受歡迎的免費開源3D模型制作軟件套裝；0penSCAD是一款基于命令行的3D建模軟件，可以產生CSG文件，特長是制作實心3D模型；Art of Illusion是開源的3D模型和渲染軟件；FreeCAD是來自法國Matra Datavision公司的一款開源免費3D CAD軟件，基于CAD/CAM/CAE幾何模型核心，是一個功能化、參數化的建模工具；Wings3D是一個開源免費的3D建模軟件，適合創建細分曲面模型；BRL-CAD是一款強大的跨平臺開源實體幾何(CSG)構造和實體模型計算機輔助設計(CAD)系統；SketchUp是谷歌Google的一個免費交互式的3D模型程序，不僅適合高級用戶，也適合初學者；AUtodeskl23D是歐特克公司的產品，是一個免費3D模型軟件，目前只支持Windows系統；MeshMiXer是一個3D模型工具，也是Autodesk公司的產品。
[0031]所述控制系統400還安裝有控制軟件，所述控制軟件用于向所述機動系統200發送控制指令、用于控制物料的流動速度和控制所述激光控制頭502的參數及溫度。
[0032]在所述的塔式3D打印機的基礎上，一種塔式3D打印機的打印方法，包括以下步驟:加入3D打印所需要的建筑物料；建立需要打印的3D模型，并根據所述3D模型的坐標位置向機動系統200發送控制指令；所述機動系統200根據控制指令控制塔吊的運動，使打印系統500精確定位到需要打印的坐標位置上；定好打印位置后，控制建筑物料通過物料導管106向打印系統500輸送建筑物料并進行3D打印。
[0033]在物料準備齊全，并滿足相應的粒度要求或尺寸要求時，還需要按一定比例增加粘合劑，并混合均勻。在物料添加系統300處填加物料時，需要時刻注意物料剩余情況和各種配料的匹配比例是否符合要求。
[0034]準備需要打印的3D模型時，在控制系統400的電腦上可以采用3D掃描導入模型、直接導入模塊或者在軟件上直接建模，并按工程建造要求設置3D打印精度，在物料準備齊全的情況下進行3D打印。
[0035]在進行3D打印時，需要控制系統400控制好物料的流動速度、打印機頭501的移動速度、激光控制頭502的參數與溫度等參數，并刻觀察3D打印工程建筑實體，出現問題時及時調整相應的參數。
[0036]優選的，塔式3D打印機的塔吊平臂101大約為50m,實現了全球最大的3D打印機，在打印時不需要通過打印小型零件后再進行組織成大型實體，一步到位的打印不僅可以節省很多中間環節的工作，還可以避免安裝過程中產生的誤差。
[0037]所述的塔式3D打印機，在建筑施工時可以省略了大部分工人施工現場手動施工作業，只需要技術人員管理設備運營，材料準備和現場管理，節約了大量勞動力、物力和施工成本，同時，提高工程建設信息化、自動化及可視化施工技術水平。
[0038]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種塔式3D打印機，其特征在于，包括塔吊、物料添加系統、控制系統、機動系統、物料導管和打印系統； 所述控制系統分別與所述物料添加系統、所述機動系統相連接，用于建立3D模型、控制打印系統按所述3D模型進行打印，還用于向所述機動系統發送控制指令； 所述物料添加系統通過所述物料導管與所述打印系統相連接，用于存儲建筑物料并通過所述物料導管向所述打印系統傳送所述建筑物料； 所述打印系統固定在所述塔吊上，分別與所述機動系統、所述物料添加系統和所述控制系統電連接，用于打印3D建筑； 所述機動系統安裝在所述塔吊上，用于控制所述塔吊和所述打印系統的運動，使打印系統精確定位到需要打印的位置上。
2.根據權利要求1所述的塔式3D打印機，其特征在于，所述打印系統包括打印機頭和激光控制頭；所述激光控制頭安裝在所述打印機頭的下方，用于將物料熔化、凝固和成型；所述打印機頭根據所述控制系統的控制進行精確定位打印位置。
3.根據權利要求1所述的塔式3D打印機，其特征在于，所述塔吊包括塔架、升降架、塔吊平臂、滑動架和纜繩； 所述升降架安裝在所述塔架上，用于調整塔吊的上下運動；所述塔吊平臂轉動連接在所述塔架上，在所述機動系統的控制下能以塔架為軸心轉動；所述滑動架可滑動地連接在所述塔吊平臂上，且通過所述纜繩固定所述打印系統。
4.根據權利要求3所述的塔式3D打印機，其特征在于，所述機動系統包括發動機、數控模塊和單片機；所述單片機分別與所述發動機和所述數控模塊相連接，用于接收所述控制系統的指令并向所述數控模塊和所述發動機發送控制指令；所述數據模塊通過控制所述發動機的轉動來控制所述塔吊平臂、所述滑動架和所述升降架的運動。
5.根據權利要求2所述的塔式3D打印機，其特征在于，所述控制系統安裝有3D建模軟件，所述3D建模軟件用于制作需要打印的3D建筑模型；所述控制系統還安裝有控制軟件，所述控制軟件用于向所述機動系統發送控制指令、控制物料的流動速度和控制所述激光控制頭的參數及溫度。
6.一種塔式3D打印機的打印方法，其特征在于，該打印方法采用權利要求1至5中任一所述的塔式3D打印機，包括以下步驟: 加入3D打印所需要的建筑物料； 建立需要打印的3D模型，并根據所述3D模型的坐標位置向機動系統發送控制指令； 所述機動系統根據所述控制指令控制塔吊的運動，使打印系統精確定位到需要打印的坐標位置上； 定好坐標位置后，控制建筑物料通過物料導管向打印系統輸送建筑物料并進行3D打印。
7.根據權利要求6所述的塔式3D打印機的打印方法，其特征在于，在加入打印所需的建筑物料時還需要按一定比例增加粘合劑。
8.根據權利要求6所述的塔式3D打印機的打印方法，其特征在于，所述打印系統定位打印位置時，先由控制系統發出總控制指令給所述機動系統，再由所述機動系統控制塔吊的上下運動、水平運動和控制打印系統的位置滑動，從而達到需要打印的精確位置。
9.根據權利要求6所述的塔式3D打印機的打印方法，其特征在于，在進行3D打印時，所述控制系統控制物料的流動速度和控制所述打印系統的參數與溫度。
【文檔編號】B28B1/00GK103786235SQ201410009382
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】廖選茂, 戴立先, 馬義俊, 李春田, 陳振明, 范彩霞, 廖彪, 溫小勇, 孔維拯 申請人:中建鋼構有限公司