本發明涉及建筑工程及增材制造，具體涉及一種增強3d打印混凝土層間結合力的混凝土層間縫紉編織裝置。
背景技術：
1、3d打印混凝土技術作為建筑行業的一項創新性施工技術，能夠實現高效、低成本的建筑制造，減少模板使用，并優化材料利用。然而，由于3d打印混凝土采用分層堆積的方式進行施工，其層間結合力較傳統整體澆筑混凝土弱，容易出現層間界面剝離、開裂等問題，限制了其在高承載、高耐久性結構中的應用。目前，為改善層間結合性能，研究人員主要通過優化混凝土材料配方、調整打印參數（如層間時間間隔、噴嘴壓力）或在打印過程中施加機械振動等方式進行改進。然而，3d打印混凝土雖然具有較高的施工效率和設計靈活性，但由于每一層混凝土尚未完全固化的狀態下進行打印，導致新舊層之間的粘結力不足，容易出現層間脫離和界面弱化問題。現有方法仍然難以完全消除層間弱結合問題，尤其是在復雜受力工況下，層間分層仍是3d打印混凝土結構失效的主要原因之一。在力學性能和耐久性方面的局限性亟待解決。
2、專利申請《一種用于3d打印混凝土的層間增強裝置及方法》（cn110774465a）提出在3d打印過程中，通過在每層混凝土表面預先鋪設連續纖維絲（如玄武巖纖維），再覆蓋下一層混凝土，利用纖維橋接作用提升層間抗拉與抗剪性能。部分實施例中采用機械臂輔助布設纖維。
3、該申請僅依賴界面粘結，無物理錨固機制；纖維僅平鋪于層間表面，未穿透至下層已固化混凝土內部，無法形成跨層機械咬合或鎖定結構，在高剪切或沖擊荷載下易發生纖維拔出或界面滑移。
4、無法適應復雜受力路徑；纖維為單向或網格狀鋪設，難以形成三維交織網絡，對非主應力方向的裂縫抑制能力弱，整體性提升有限。
5、施工效率低，難以同步集成；需額外布纖工序，與打印過程非完全同步，增加工藝復雜度，且纖維易被后續混凝土流擾動偏位，影響增強效果一致性。
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種增強3d打印混凝土層間結合力的混凝土層間縫紉編織裝置，通過引入混凝土間縫紉編織技術，使上下層混凝土能夠形成更強的物理連接，顯著提升層間結合力，增強結構整體穩定性，并提高抗拉、抗剪和抗沖擊能力，實現3d打印混凝土的一體化性能提升，提高3d打印混凝土的層間結合力，推動了3d打印混凝土技術在更廣泛的工程領域的應用。
2、為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：
3、一種增強3d打印混凝土層間結合力的混凝土層間縫紉編織裝置，包括：間距調節軌道4；沿所述間距調節軌道4從前向后依次安裝的混凝土3d打印機1、混凝土縫紉機構2和預開孔機構3；所述混凝土3d打印機1、混凝土縫紉機構2和預開孔機構3內部均設有間距調節步進電機23，各間距調節步進電機23的動力輸出端均通過第一齒輪24與間距調節軌道4上的齒條19嚙合，用于驅動混凝土3d打印機1、混凝土縫紉機構2和預開孔機構3在軌道上移動以調節彼此間距；
4、所述混凝土3d打印機1的打印驅動器28、混凝土縫紉機構2的縫紉驅動器11和預開孔機構3的開孔驅動器12分別通過導線與總控制器電連接控制間距調節電機的運行。
5、所述的混凝土3d打印機1包括商用和實驗室用，型號包括hc-3dprt/l，hc-3dprt/c。
6、所述混凝土縫紉機構2包括縫紉驅動器11和混凝土縫紉針26，縫紉驅動器11驅動混凝土縫紉機構2的間距調節步進電機23工作，使混凝土縫紉機構2中的第一齒輪24與間距調節軌道4的齒條19相對滑動；混凝土縫紉針26貫穿縫紉驅動器11，縫紉驅動器11內設有z軸步進電機20，z軸步進電機20通過第二齒輪27與設置在混凝土縫紉針26上部外側的z軸齒條18嚙合，驅動所述混凝土縫紉針26上下移動。
7、所述預開孔機構3包括開孔驅動器12和圓頭插桿22，開孔驅動器12驅動預開孔機構3的間距調節步進電機23工作，使預開孔機構3中的第一齒輪24與間距調節軌道4的齒條19相對滑動；圓頭插桿22貫穿所述開孔驅動器12，開孔驅動器12內設有z軸步進電機20，所述z軸步進電機20通過第二齒輪27與設置在所述圓頭插桿22上部外側的齒條18嚙合，驅動所述圓頭插桿22上下移動。
8、所述混凝土縫紉針26包括中空針管15，中空針管15內部套疊裝有多個v型自固定卡針5；中空針管15兩側對稱固定有走線管17，混凝土縫紉線7穿設于走線管17內，其一端繞設在線盤6上，線盤6安裝于縫紉驅動器11外壁；中空針管15前端設有圓弧凹口14，混凝土縫紉線7經所述走線管17引至針頭位置后繞過圓弧凹口14再穿回所述走線管17，形成u型路徑；中空針管15上部設有卡針輸送口21，卡針輸送口21內設有卡針推進彈簧25，用于推動v型自固定卡針5向前輸送。
9、所述v型自固定卡針5為彈簧鋼材質，在自然狀態下呈v型開口狀態，在中空針管15內呈u型壓縮狀態，推出后自動張開且僅能單向移動。所述混凝土縫紉線7采用高強度纖維或鋼絲，直徑為1–3?mm，抗拉強度≥500?mpa。
10、所述圓頭插桿22為不銹鋼材質，直徑為4–7?mm，頭部為圓弧狀。
11、相較于現有技術，本發明的有益效果在于：
12、1、結構性能顯著強化
13、交織縫合網絡為層間提供了明確的力學傳遞路徑，可將層間剪切強度提升?40%-60%，抗彎強度提升20%-50%，抗拉強度提升?50%-100%；同時，v型自固定卡針的單向鎖定作用有效防止層間剝離，使結構在地震、沖擊等復雜荷載下的抗裂性提升60%以上，解決了傳統3d打印混凝土易分層、易開裂的核心缺陷。
14、2、結構整體性大幅提升
15、層間交織的縫紉線與v型卡針形成類似鋼筋網的內部支撐結構，使各層混凝土從獨立受力單元轉化為協同受力整體；在荷載作用下，該結構可將局部集中應力分散至更大范圍，避免局部應力過高導致的結構失效，使?3d?打印混凝土結構的整體承載能力提升35%-70%，滿足高承載結構（如橋梁支座、工業廠房柱）的使用要求。
16、3、打印過程可控性與效率提升
17、打印-開孔-縫紉通過控制器根據既定的邏輯控制的同步聯動，避免了傳統工藝中打印后等待固化再處理的時間浪費，使施工效率提升10%-30%；同時，連續縫合機制（卡針退出彈簧）與實時參數調整功能，確保每一層的縫合質量一致，減少了因人工操作誤差導致的廢品率。
18、4、材料兼容性與工程適應性廣泛
19、混凝土縫紉線采用高強度纖維或鋼絲，可適配普通混凝土、高性能混凝土、輕骨料混凝土等不同類型的3d打印混凝土，滿足不同強度等級（c30-c80）的結構設計需求；此外，該技術無需改變3d打印機的核心結構，僅通過加裝縫紉與預開孔模塊即可實現改造，可應用于常規建筑構件（墻體、樓板）、復雜異形結構（曲面殼體、雕塑）及高要求工程（抗震墻體、橋梁墩柱），拓展了?3d?打印混凝土的應用場景。
20、綜上，本發明將縫紉編織技術引入3d打印混凝土領域，通過構建跨層的交織縫合網絡，將上下層混凝土從單純的界面粘結轉化為物理鎖定和界面粘結的雙重結合模式，從根本上解決層間結合力薄弱的問題。通過引入混凝土間縫紉編織技術，使上下層混凝土能夠形成更強的物理連接，顯著提升層間結合力，增強結構整體穩定性，并提高抗拉、抗剪和抗沖擊能力，實現3d打印混凝土的一體化性能提升，提高3d打印混凝土的層間結合力。