[发明专利]一种基于搅拌摩擦连接-微熔滴复合增材制造的方法和装置

权利要求书

1.一种基于搅拌摩擦连接-微熔滴复合的增材制造方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）根据所需增材制造加工零件的三维模型，采用切片法将零件分为若干层，从下往上，分别记作第1,2,3，···，n层，其中奇数层采用金属板材，偶数层采用微熔滴层进行增材制造，第一层和第n层均为金属板材；将第一层金属板材（5）放置在基板（11）上面，启动夹具系统，将第一层金属板材（5）固定，基板（11）通过螺栓固定在五轴数控工作台（12）上；

2）通过计算机（1）控制微熔滴喷射系统（6）的温度，使金属熔化成熔态金属（7），启动辅助加热装置（13）对基板（11）进行加热，根据每层所需微熔滴（8）的容量，通过计算机（1）控制微熔滴（8）的大小和喷射速度，将微熔滴（8）按照一定的运动轨迹喷射在第一层金属板材（5）上；

3）微熔滴（8）喷射完毕后，通过控制器（2）松开夹具系统，即松开多个夹具夹头（14），通过机械手臂（3）末端的执行机构吸附装置（4）将第二层金属板材（5）吸起，在定位系统（9）的定位作用下，将第二层金属板材（5）放置在所需位置，然后；对金属板材（5）施加一定的压力，使微熔滴（8）平摊开，达到由切片分层所设定的第一层微熔滴层的厚度；启动夹具系统，将第二层金属板材（5）装夹在微熔滴层上面，控制五轴数控工作台（12）运动，采用搅拌摩擦装置（15）按照预定轨迹进行板材-微熔滴层-板材的搅拌摩擦连接；

4）搅拌摩擦连接完成后，重复执行步骤2）和3），实现金属板材和微熔滴层的逐层堆积制造。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在微熔滴（8）喷射时启动超声振动装置（10），以提高微熔滴（8）在金属板材上平摊的均匀性和平摊速率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是在搅拌摩擦装置（15）工作时启动超声振动装置（10），以提高搅拌摩擦焊接性能。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是第二层金属板材（5）放置在微熔滴（8）上后通过吸附装置（4）对金属板材（5）施加一定的压力，使微熔滴（8）平摊开。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的微熔滴（8）喷射运动轨迹为连续的“S”形结构或不连续的点状分布。

6.一种基于搅拌摩擦连接-微熔滴复合增材制造装置，其特征是它包括

一控制系统；所述控制系统由计算机（1）和控制器（2）组成，并与其余系统电气连接；

一工装夹具系统；所述工装夹具系统由基板（11）、超声振动装置（10）、辅助加热装置（13）和多个夹具夹头（14）组成，每个夹具夹头（14）能独立工作，所述的超声振动装置（10）位于基板正上方，可以通过控制系统对其空间位置进行控制，主要用来辅助加速微熔滴（8）的平铺和增强搅拌摩擦连接的结合性能，所述辅助加热装置（13）位于基板（11）的内部，用来保持基板（11）和金属板材（5）的温度，保证微熔滴（8）在落到金属板材（5）上还呈现出软化状态；

一金属板材输送系统；所述金属板材输送系统由机械手臂（3），吸附装置（4）和定位装置（9）组成，所述的吸附装置（4）位于机械手臂（3）的执行末端，用来吸附金属板材（5），所述的定位装置（9）与控制系统相连接，与机械手臂（3）和吸附装置（4）共同控制金属板材（5）的下放位置，满足每层金属板材（5）的不同位置需要；

一微熔滴喷射系统和搅拌摩擦连接系统；所述的微熔滴喷射系统由微熔滴喷射装置（6）、熔态金属（7）和微熔滴（8）组成；所述的搅拌摩擦连接系统由五轴数控工作台（12）和搅拌摩擦装置（15）组成。