[发明专利]一种连续进给送料搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法

说明书

本发明提供了一种连续进给送料搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法，装置包括自上而下布置的液压顶杆机构、盘式送料机构、上离合模块、下离合模块、定速送料机构、增材搅拌头和增材制造构件，在盘式送料机构内均匀设置多根增材原料，盘式送料机构在不停转条件下更换下一根增材原料，两离合模块配合引导新增材原料与上一根增材原料间相位同步引入增材搅拌头中，液压顶杆机构推动新增材原料导入上离合模块，定速送料机构带动增材原料向下运动，搅拌头带动增材原料旋转与增材制造构件间摩擦热塑化沉积实现连续进给增材制造。本发明突破传统搅拌摩擦增材连续进给送料难、需逐层装夹、易产生缺陷、增材后需二次加工的现状，解决中断重启动难问题。

技术领域

本发明属于固相增材制造技术领域，尤其是涉及一种连续进给送料搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法。

背景技术

增材制造技术，俗称3D打印技术，是一种通过材料逐层添加堆积、实现构件无模精确成形的数字化制造技术，将三维复杂形状构件制造为简单的二维平面形状的逐层往复叠加，避免了传统机加工精确成形制造中存在的大量材料和能源浪费，为高性能或超常性能关键构件的实现提供了全新的设计思路。同时该技术能大幅度缩短生产周期、降低生产成本和加工制造费用，使得其为制造业的变革提供了可能，在重大国防武器装备的研发、生产与维护修复等方面具有巨大应用价值和广阔应用前景。

搅拌摩擦增材制造作为一种固相非熔化增材制造方法，衍生于搅拌摩擦焊接技术，因其大塑性变形和形变自发热行为带来了强烈的动态回复与再结晶及第二相破碎再分布特性，可实现增材件超细晶致密组织、第二相均匀弥散分布的高强高韧化设计，特别适用于诸如铝及铝合金、镁及镁合金、轻质金属复合材料等的制造。现有的搅拌摩擦增材制造方法主要为多层预制板状原料的搭接焊合叠加策略其本质为一种搅拌摩擦搭接焊方法，需要依赖于搅拌针结构实现当前增材层与前一层材料之间的连接，有效搭接宽度往往取决于搅拌针的形状及其扎入下板的深度，然而较大的搅拌针扎入量极易导致界面畸变，产生冷搭接和钩状缺陷，弱化结构整体的承载性能。此外，由于搅拌摩擦搭接过程需要严格的装夹约束，预制板两侧往往需要预留一定的尺寸以保证整体结构的有效装夹，这部分材料在增材过程后需要通过机加工的方式进行去除，且每一层均需要重新耗时进行装夹固定，这严重违背了增材制造无材料和时间成本浪费的初衷，最终成形件的制造效率相比传统机加工方案并不高。因此，实现搅拌摩擦增材制造的单次装夹无中断连续制造，保证增材层间全位置无缺陷连接并避免增材后二次加工需求，是当前实现该技术全自动高效加工的主要难题。

另外，现有的增材制造方法可摆脱搅拌摩擦增材对预制板的需求，从增材处原位供给原料实现结构的连续增材制造，但该方法具有较大的局限性，固相增材原料较难直接通过旋转轴肩与静止搅拌针间螺旋槽流出，使得增材效率偏低，且该工艺中断后增材原料易堵塞材料流动螺旋槽，难以实现增材过程的重启动。

针对以上问题，如能开发一种可实现连续进给送料的搅拌摩擦增材制造装置，增材过程中无需多次装夹且易于中断重启动，增材层间全位置无缺陷，增材后无需二次机加工减材，克服现有搅拌摩擦增材制造技术固有局限性，将大大拓宽该固相增材制造技术的应用广度和深度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种连续进给送料搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法，突破传统搅拌摩擦增材技术连续进给送料难、增材过程需逐层装夹、增材层间易产生缺陷、增材后需二次加工减材的技术现状，解决现有连续送料策略的中断重启动难问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：