[发明专利]一种增材制造中细化晶粒的方法及其装置

权利要求书

1.一种增材制造中细化晶粒的装置，其特征在于：包括成形基板(2)、增材成形坯料热源(3)、单道成形坯料(6)、左侧约束板(15)、左侧驱动滚轮(7)、左侧约束板导向单元(17)、右侧约束板(4)、右侧驱动滚轮(5)、右侧约束板导向单元(16)、热源中心(18)和搅拌装置；搅拌装置包括搅拌针(14)、搅拌转轴(9)、搅拌轴肩(11)、搅拌轴肩压板(12)和轴肩辅助压板支撑(8)，搅拌针(14)随搅拌转轴(9)同搅拌轴肩(11)同步转动，两根轴肩辅助压板支撑(8)刚性固定搅拌轴肩压板与搅拌转轴之间的相对位置度，搅拌轴肩压板(12)作用在单道成形坯料(6)上表面，搅拌轴肩压板坯料不润湿，满足刚性约束条件；增材成形坯料热源置于成形基板(2)上，单道成形坯料(6)置于增材成形坯料热源(3)上，左侧约束板(15)和右侧约束板(4)对称放置在单道成形坯料(6)的两侧，左侧约束板(15)能在左侧驱动滚轮(7)的驱动和左侧约束板导向单元的导向下沿着增材制造方向随增材制造运动同步前进，右侧约束板(4)能在右侧驱动滚轮(5)的驱动和右侧约束板导向单元的导向下沿着增材制造方向随增材制造运动同步前进；搅拌装置的搅拌运动随增材制造运动同步前进；在单道成形坯料(6)的末端设置有热源(13)。

2.根据权利要求1所述的增材制造中细化晶粒的装置，其特征在于：所述滚轮为多个，沿增材制造方向。

3.一种如权利要求1所述的增材制造中细化晶粒的装置的细化晶粒的方法，其特征在于，熔化增材制造过程中采用轴肩约束搅拌针搅拌半固态坯料的方法，搅碎树枝晶，增加形核率，提高结晶速率，细化晶粒，同时结合两侧侧面随形约束方式约束坯料，防止搅拌过程中坯料流淌偏离数模，侧面随形约束与搅拌运动均随增材制造运动同步前进。

4.根据权利要求3所述的细化晶粒的方法，其特征在于，所述侧面随形约束方式采用轧辊+平板的方式进行。

5.根据权利要求3所述的细化晶粒的方法，其特征在于，所述熔化采用等离子弧、电弧或电子束作为热源来操作。

6.根据权利要求3所述的细化晶粒的方法，其特征在于，所述增材原材料为金属带材或丝材。

7.根据权利要求3所述的细化晶粒的方法，其特征在于，所述搅拌采用轴肩约束搅拌针搅拌形式，侧面随形约束采用侧面随形约束板，搅拌针所选取的材料熔点需高出成形金属熔点至少500℃，两侧侧面随形约束板对称放置，等值施力，定端面高于坯料同步0.5～20mm；所述数模要求成形面宽度、熔化金属带满足增材制造要求。

8.根据权利要求3所述的细化晶粒的方法，其特征在于，所述搅拌采用轴肩约束搅拌针搅拌形式时，搅拌针的直径采用Φ0.1～10mm螺旋搅拌针，搅拌深度为当道成形厚度的1.2～1.5倍，搅拌速度需控制在既保证搅碎支晶的同时又不能有过多的溢料。

9.根据权利要求3所述的细化晶粒的方法，其特征在于，所述搅拌针为柱状或锥形。