关键词：机械臂;;建筑3D打印;;控制系统;;分布式布局
摘 要：3D打印(3D Printing)是一种以数字模型为基础的快速成型技术,因其具有成型快速、操作简单和精度良好等优点而在不同领域得到迅速发展。建筑行业采用3D打印技术构建工业用房及民用住宅,不仅智能环保安全快捷,而且成本低廉,可实现就地取材,具有的广阔发展前景。随着人类居住文化的改变及环保理念的提升,3D打印建筑形式势必会成为未来发展的一种趋势,3D打印建筑技术也会成为近几年的热点研究方向。本文综述了国内外建筑3D打印机及控制系统的发展现状及建筑3D打印机的工作原理、组成部分及打印流程等3D打印建筑技术的关键问题,在此基础上对目前已有的建筑3D打印机及打印控制系统进行深入研究分析,发现现存形式打印机具有体量大移动不便不适合现场打印等缺点,并且控制系统没有对泵送、清洗和打印机同时进行监控,因此具有效率低下和打印物料状态前后不一致等缺点,极大限制了建筑3D打印技术的发展。本文针对建筑3D打印机及控制系统现存缺点,采用机械臂式建筑3D打印机形式及控制系统,包括主控系统、物料控制系统和清洗控制系统。三系统间采用分布式布局,主控通过工业以太网PROFINET总线控制分布式工作站CPU联动自动运行。主控系统控制机械臂的运动以及材料的泵送和整套设备的清洗,通过STL编程语言实现相互通信及对整套系统的控制。本控制系统可实现对泵送、清洗和机械臂同时监控,完成物料状态、泵送速度与打印速度的匹配,高效快捷并且可完全自动化,适合现场打印施工。因打印设备和控制系统具有移动方便、可现场打印并且精度良好和全自动化等优点,本文所研究设备及控制系统应用于乔尔玛小镇(兵站)项目中,项目已对单体打印的建筑结构合理设计,控制系统配合打印设备,采用混凝土基环保材料完成了整套打印设备的控制及单体建筑的打印。整套设备及控制系统已经过项目验证,具有可操作性及推广价值,因此本文研究内容具有理论意义及实用价值。
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