相当长的时间以来,受到传统建筑施工方式的制约、很多设计师的想法和创造难以真正实现,粗制的建造方式给大自然带来的破坏也十分严重。建筑方面的三维制造技术是一种不同于传统建造方式的新型建造技术,它以3D打印技术为基础,以水泥、砂、矿物掺和料及增强纤维等为原料实现的一种无模板化施工技术,彻底颠覆传统施工工艺模式。分层叠加打印材料快速凝固形成混凝土构件是建筑3D打印中一种常见工艺。混凝土3D打印构件成型精度及成型质量受材料性能、打印设备及打印工艺的影响,对于特定打印设备与打印材料前提下打印工艺的不同将会造成不同的构件成型效果。应用优化的打印工艺可形成成型精度高及内在质量优的混凝土构件。本文依托国家“工业化建筑部品与构配件制造关键技术及示范”项目,研发出一种极坐标系的混凝土3D打印装置,并对影响成型精度的打印工艺参数进行理论分析与试验研究,建立工艺参数与成型精度间的关系模型,提出应用预纠偏技术提高成型精度的打印工艺。本文主要工作如下:(1)针对建筑3D打印工艺中分层叠加打印技术,研发了基于极坐标系的塔臂式混凝土3D打印装置。改变传统的XYZ坐标系控制定位系统,而采用设备安装布置灵活且更适于复杂曲面形式的R?Z控制定位系统,完成装置数控系统、运动系统和挤出系统的设计,并将打印装置组装落地。由于本装置未配备数据处理系统,通过分析通用切片软件—Cura,演示设计模型的切片分层、路径规划及G代码的生成,为后续打印装置研发数据处理系统提供思路。(2)对影响打印构件成型精度的误差因素进行分析,分离出主要工作参数:分层厚度、搭接宽度、挤出速度和进给速度。针对主要参数进行误差试验分析,应用数学建模的方法,确定分层厚度引起的阶梯效应误差数学表达式;采用极大似然估计法,确定喷头的挤出速度以及进给速度之间的数学关系;确定各参数对成型精度的影响规律。选定打印工艺参数搭接宽度和分层厚度为自变量,通过力学性能试验确定打印工艺参数对打印构件力学性能的影响规律。(3)根据前文的误差影响规律,建立预纠偏打印工艺。设计预纠偏打印模型,根据模型特征和试验条件,采取基于三维模型的直接分层法确定模型分层方式;提出分区轮廓偏置填充法,确定模型打印路径;根据喷头的挤出速度以及进给速度之间的数学关系,对模型G代码进行编译;利用CIMCO Edit8软件进行动态仿真,评估打印工艺过程的正确性;完成设计模型的实体建造过程。(4)设计对比试验,分别对采用预纠偏打印工艺和未采用预纠偏打印工艺的东方之门模型进行三维扫描,获取打印模型的点云数据,利用Gemagic Studio软件对点云数据进行处理,重构三维模型后与原设计模型进行偏差对比分析,证明偏差试验结论及工艺设计的正确性。