一种室内非承重墙体的3D打印方法及打印系统技术方案

技术编号：42295960 阅读：5 留言：0更新日期：2024-08-14 15:46

一种室内非承重墙体的3D打印方法及打印系统，所述打印方法包括以下步骤：建立三维立体模型并计算得出3D打印机的运动轨迹，将3D打印机移动到需要打印墙体的位置；根据运动轨迹控制3D打印机的竖向打印头到运动轨迹的起始打印点，并向打印桶内持续输入打印材料；控制竖向打印头沿打印墙体的外轮廓逐步移动并向下打印，打印完成后形成一个环状门型结构，然后取下竖向打印头，更换为侧边打印头；将侧边打印头移动到灌入口，侧边打印头通过灌入口向环状门型结构内灌注打印材料，当灌入的打印材料高度与设定的打印高度阈值相同时，停止向打印桶内输入打印材料。本设计不仅可以用于打印室内非承重墙体，而且打印步骤简单、打印质量较高。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3d建筑打印，尤其涉及一种室内非承重墙体的3d打印方法及打印系统。

技术介绍

1、随着3d打印技术的发展和应用普及，在房屋建筑中也采用了3d打印技术，在目前的建筑领域，大部分的3d建筑打印设备主要应用于室外房屋墙体的打印，先从房子底层打印，逐层向上到房子打印完成，即通过预先设计的建筑模型和计算机控制打印头的运动路径来完成墙体打印任务，由于户外作业不受空间的限制，为了满足施工规模，因此传统的3d建筑打印施工设备一般都比较大，从而无法在室内进行施工，而对于一些小型的3d建筑打印机来说，在打印室内的非承重墙体时，需要在有限的空间中去完成大面积的墙体打印，且打印时会存在打印头与其他墙体接触的情况，从而需要频繁移动打印头，会导致打印步骤繁琐且会出现无法打印到墙体的情况；同时需要打印的墙体和原本已有的墙面之间会存在一定的配合密封关系，打印后会存在墙体之间存在缝隙、打印墙体不牢固的情况。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是克服现有技术中存在的3d建筑打印设备室内无法打印非承重墙体、打印步骤繁琐、打印质量较差的缺陷与问题，提供一种可以用于室内非承重墙体打印且打印步骤简单、打印质量较好的室内非承重墙体的3d打印方法及打印系统。

2、为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种室内非承重墙体的3d打印方法，所述打印方法包括以下步骤：

3、s1、根据打印墙体的形状和尺寸建立三维立体模型，并通过三维立体模型计算得出3d打印机的竖向打印头和侧边打印头的运动轨迹；</p>

4、s2、根据运动轨迹控制3d打印机的竖向打印头到运动轨迹的起始打印点，并向打印桶内持续输入打印材料；

5、s3、控制竖向打印头沿打印墙体的外轮廓逐步移动并向下打印，打印完成后形成一个环状门型结构，再控制竖向打印头爬升一个环状门型结构的高度；

6、s4、重复步骤s3，直至竖向打印头打印完最后一个环状门型结构时，取下竖向打印头,更换为侧边打印头；

7、s5、以打印墙体顶部的一端点作为起始端，控制侧边打印头从起始端开始，沿打印墙体顶部的外轮廓逐步移动并进行侧边打印，每隔一段设定距离便停止工作，使侧边打印头停止挤出打印材料，形成多个灌入口，直至侧边打印头回到起始端；

8、s6、将侧边打印头移动到灌入口，侧边打印头通过灌入口向环状门型结构内灌注打印材料，当灌入的打印材料高度与设定的打印高度阈值相同时，停止向打印桶内输入打印材料，通过打印桶内剩余的打印材料进行打印，直到剩余的打印材料打印完毕。

9、所述步骤s1的具体步骤为：

10、s11、以3d打印机的起始打印点作为坐标原点建立三维坐标系，在三维坐标系内设定定位点，然后根据打印墙体的形状和尺寸在坐标原点建立三维立体模型；

11、s12、将三维立体模型进行切片，得到底层结构和顶层结构，顶层结构的高度与侧边打印头的高度相同；

12、s13、将底层结构和顶层结构分解成坐标表示，并根据坐标规划出竖向打印头和侧边打印头的运动轨迹，并将运动轨迹转换为3d打印机对应关节驱动的控制程序；

13、s14、将3d打印机移动到需要打印墙体的位置，并校准定位设定的定位点，然后对3d打印机进行调平处理。

14、所述步骤s3中，当形成一个环状门型结构后，控制竖向打印头移动到环状门型结构内，沿环状门型结构的长度方向连续打印形成波浪形加强筋，波浪形加强筋与环状门型结构的两侧壁之间形成多个三角形空腔，然后控制3d打印机的升降装置带动竖向打印头爬升一个环状门型结构的高度。

15、所述步骤s3中，打印时，判断当前竖向打印头是否与已有墙体接触，若无接触，则继续按运动轨迹进行打印；若有接触，竖向打印头停止出料，并将竖向打印头沿已有墙体的外轮廓进行移动，当竖向打印头现有的运动轨迹与设定的运动轨迹重叠后，控制竖向打印头开始出料，并继续沿运动轨迹进行移动。

16、当打印具有方孔形状的墙体时，在竖向打印头打印完位于方形孔下方的墙体后，在需要打印方形孔的位置添加方形支撑物，墙体打印完成后，将方形支撑物取出；当打印具有圆形孔形状的墙体时，在竖向打印头打印完位于圆形对称线下方的墙体后添加圆形支撑物，墙体打印完成后，将圆形支撑物取出。

17、所述打印材料的数量为2种，2种打印材料分别为常用水泥和泡沫水泥，所述步骤s2和s5中打印材料为常用水泥，所述步骤s6中，打印材料为泡沫水泥。

18、所述步骤s6中，在打印过程中检测已打印墙体的高度h，将已打印墙体的高度h与设定的高度阈值h进行比较，若h>h，继续向打印桶内输入打印材料；若90％～95％h≤h，则停止向打印桶内输入打印材料，通过打印桶内剩余的打印材料进行打印，直到剩余的打印材料打印完毕。

19、一种室内非承重墙体的3d打印系统，所述3d打印系统包括3d打印机、竖向打印头、侧边打印头、容器、输送管道、模型创建模块、程序输出模块、视觉模块、驱动模块、阈值检测模块、自检模块，所述竖向打印头、侧边打印头的输入端与所述3d打印机的打印桶的输出端相匹配，所述容器内填充有打印材料，所述输送管道的输入端与所述容器相连通，所述输送管道的输出端与所述3d打印机的打印桶的输入端相连通，所述程序输出模块分别与所述模型创建模块、视觉模块、驱动模块、阈值检测模块、自检模块相连接，所述驱动模块、阈值检测模块、自检模块、视觉模块分别与所述3d打印机相连接；

20、所述模型创建模块，用于创建打印墙体的三维立体模型；

21、所述视觉模块，用于获取3d打印机当前的位置信息，并将位置信息发送给程序输出模块；

22、所述阈值检测模块，用于获取当前打印墙体的高度值，并将高度值发送给程序输出模块；

23、所述自检模块，用于实时检测竖向打印头、侧边打印头的运动状态及运动轨迹；

24、所述程序输出模块，用于导入模型创建模块的三维立体模型并计算出竖向打印头和侧边打印头的模拟运动轨迹，获取自检模块检测的竖向打印头和侧边打印头的实际运动轨迹，将模拟运动轨迹、实际运动轨迹、高度值和位置信息转换为3d打印机各个关节的驱动程序；

25、所述驱动模块，用于根据程序输出模块的驱动程序控制3d打印机各个关节的运动。

26、所述容器和输送管道均设置有两个，其中一个容器内装有打印墙体的普通常用水泥，另一个容器内装有浇灌空腔墙体的泡沫水泥，两个容器分别与两个所述输送管道相连通，所述输送管道上均安装有泵和阀门，所述泵和阀门与所述驱动模块相连接；

27、所述驱动模块，用于控制阀门的开关程度和泵的开关。

28、所述d打印系统还包括两个光电传感器，两个光电传感器分别安装于3d打印机的打印桶的输入端和输出端，两个所述光电传感器均与程序输出模块相连接；

29、所述程序输出模块，用于通过两个光电传感器检测的距离计算得到打印材料的输送效率，并通过驱动模块控制阀门的开关程度来控制调节打印本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：所述打印方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S1的具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中，当形成一个环状门型结构(71)后，控制竖向打印头(85)移动到环状门型结构(71)内，沿环状门型结构(71)的长度方向连续打印形成波浪形加强筋(72)，波浪形加强筋(72)与环状门型结构(71)的两侧壁之间形成多个三角形空腔(73)，然后控制3D打印机(8)的升降装置(82)带动竖向打印头(85)爬升一个环状门型结构(71)的高度。

4.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S3中，打印时，判断当前竖向打印头(85)是否与已有墙体接触，若无接触，则继续按运动轨迹进行打印；若有接触，竖向打印头(85)停止出料，并将竖向打印头(85)沿已有墙体的外轮廓进行移动，当竖向打印头(85)现有的运动轨迹与设定的运动轨迹重叠后，控制竖向打印头(85)开始出料，并继续沿运动轨迹进行移动。

5.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：当打印具有方孔形状的墙体时，在竖向打印头(85)打印完位于方形孔下方的墙体后，在需要打印方形孔的位置添加方形支撑物，墙体打印完成后，将方形支撑物取出；当打印具有圆形孔形状的墙体时，在竖向打印头(85)打印完位于圆形对称线下方的墙体后添加圆形支撑物，墙体打印完成后，将圆形支撑物取出。

6.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：所述打印材料的数量为2种，2种打印材料分别为常用水泥和泡沫水泥，所述步骤S2和S5中打印材料为常用水泥，所述步骤S6中，打印材料为泡沫水泥。

7.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3D打印方法，其特征在于：所述步骤S6中，在打印过程中检测已打印墙体(7)的高度h，将已打印墙体(7)的高度h与设定的高度阈值H进行比较，若H>h，继续向打印桶(84)内输入打印材料；若(90％～95％)H≤h，则停止向打印桶(84)内输入打印材料，通过打印桶(84)内剩余的打印材料进行打印，直到剩余的打印材料打印完毕。

8.一种室内非承重墙体的3D打印系统，其特征在于：所述3D打印系统应用于权利要求1-7任意一项所述的室内非承重墙体的3D打印方法，所述3D打印系统包括3D打印机(8)、竖向打印头(85)、侧边打印头(86)、容器(9)、输送管道(10)、模型创建模块(1)、程序输出模块(2)、视觉模块(3)、驱动模块(4)、阈值检测模块(5)、自检模块(6)，所述竖向打印头(85)、侧边打印头(86)的输入端与所述3D打印机(8)的打印桶(84)的输出端相匹配，所述容器(9)内填充有打印材料，所述输送管道(10)的输入端与所述容器(9)相连通，所述输送管道(10)的输出端与所述3D打印机(8)的打印桶(84)的输入端相连通，所述程序输出模块(2)分别与所述模型创建模块(1)、视觉模块(3)、驱动模块(4)、阈值检测模块(5)、自检模块(6)相连接，所述驱动模块(4)、阈值检测模块(5)、自检模块(6)、视觉模块(3)分别与所述3D打印机(8)相连接；

9.根据权利要求8所述的一种室内非承重墙体的3D打印系统，其特征在于：所述容器(9)和输送管道(10)均设置有两个，其中一个容器(9)内装有打印墙体(7)的普通常用水泥，另一个容器(9)内装有浇灌空腔墙体的泡沫水泥，两个容器(9)分别与两个所述输送管道(10)相连通，所述输送管道(10)上均安装有泵(11)和阀门(12)，所述泵(11)和阀门(12)与所述驱动模块(4)相连接；

10.根据权利要求9所述的一种室内非承重墙体的3D打印系统，其特征在于：所述3D打印系统还包括两个光电传感器(13)，两个光电传感器(13)分别安装于3D打印机(8)的打印桶(84)的输入端和输出端，两个所述光电传感器(13)均与程序输出模块(2)相连接；

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【技术特征摘要】

1.一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：所述打印方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：所述步骤s1的具体步骤为：

3.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：所述步骤s3中，当形成一个环状门型结构(71)后，控制竖向打印头(85)移动到环状门型结构(71)内，沿环状门型结构(71)的长度方向连续打印形成波浪形加强筋(72)，波浪形加强筋(72)与环状门型结构(71)的两侧壁之间形成多个三角形空腔(73)，然后控制3d打印机(8)的升降装置(82)带动竖向打印头(85)爬升一个环状门型结构(71)的高度。

4.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：所述步骤s3中，打印时，判断当前竖向打印头(85)是否与已有墙体接触，若无接触，则继续按运动轨迹进行打印；若有接触，竖向打印头(85)停止出料，并将竖向打印头(85)沿已有墙体的外轮廓进行移动，当竖向打印头(85)现有的运动轨迹与设定的运动轨迹重叠后，控制竖向打印头(85)开始出料，并继续沿运动轨迹进行移动。

5.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：当打印具有方孔形状的墙体时，在竖向打印头(85)打印完位于方形孔下方的墙体后，在需要打印方形孔的位置添加方形支撑物，墙体打印完成后，将方形支撑物取出；当打印具有圆形孔形状的墙体时，在竖向打印头(85)打印完位于圆形对称线下方的墙体后添加圆形支撑物，墙体打印完成后，将圆形支撑物取出。

6.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：所述打印材料的数量为2种，2种打印材料分别为常用水泥和泡沫水泥，所述步骤s2和s5中打印材料为常用水泥，所述步骤s6中，打印材料为泡沫水泥。

7.根据权利要求1所述的一种室内非承重墙体的3d打印方法，其特征在于：所述步骤s6中，在打印过程中检测已打印墙体(7)的高度h，将已打印墙体...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹海斌，谢俊勇，陈阳，刘浩东，朱钱宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：

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