[发明专利]一种同步不间断送丝全固相搅拌摩擦增材制造方法与装置

说明书

本发明公开了一种同步不间断送丝全固相搅拌摩擦增材制造方法与装置，属于固相增材制造领域，本方案将丝状增材原料通过多个进丝通道同步不间断进给到进丝装置内部储料腔与搅拌摩擦装置上的碎料刀片之间的空间中，随后经过搅拌摩擦装置上的碎料刀片粉碎成颗粒状的增材原料沿着螺杆部向下运动积累，随着搅拌摩擦装置的不断旋转，颗粒状增材原料不断热塑化，热塑化态下的增材原料经过搅拌摩擦装置下方的多个凸台结构搅拌混合处理，最终组织及均匀态的增材原料经进丝装置与基板的间隙增材成形，大大避免了全固相增材制造层间界面结合的缺陷，加强了层间结合力的强度，显著提高了大型结构件固相增材制造效率。

技术领域

本发明涉及固相增材制造领域，更具体地说，涉及一种同步不间断送丝全固相搅拌摩擦增材制造方法与装置。

背景技术

增材制造技术是一种实现复杂结构精密“控形”和高性能“控性”相结合的高端制造方式，具有轻量化减重，无需多余的夹具与模具，易于修复与再制造的优点，可实现复杂构件材料-结构一体化近净成形。

搅拌摩擦增材制造技术作为一种新生的增材制造技术，衍生于搅拌摩擦焊，目前，搅拌摩擦增材制造，根据制造工艺过程特点分为3种典型模式，即：板材叠加、摩擦堆焊沉积及中空棒料摩擦沉积。以板材叠加的方式进行搅拌摩擦增材制造技术，采用搭接的方式将板材向上堆叠，成形件只有焊核无缺陷的区域能有效使用，该技术在搅拌摩擦增材制造过程中材料利用率低，界面结合缺陷严重、成形控制性较差；摩擦堆焊以摩擦热作为耗材过渡的驱动力使其沉积于基板表面并与之形成冶金结合的堆焊层过程，具有极大的优势和发展潜力，但目前在外在成形控制方面和大型构件连续送料成形方面的研究仍缺少实质性的进展；现有技术中基于堆焊沉积的模式，将方形棒料送进中空模具内并与基板摩擦形变产热，成功实现了搅拌摩擦增材制造技术，但在增材制造过程中需进行多次换料装夹重启，致使增材制造过程中的多次非稳定性过程，大型结构件制备时长较长，增材层间结合力减弱，增材制造效率较低。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种同步不间断送丝全固相搅拌摩擦增材制造方法与装置，本方案通过多丝同步不间断的送丝方式，以剪切、搅拌为驱动力热塑化多丝原料，并使其与基板摩擦沉积实现全固相搅拌摩擦增材制造成形的过程，在保证成形效率和质量的同时，有效的控制成形件的组织及成分，突破现有全固相搅拌摩擦增材制造技术间断添加材料的弊端，避免增材制造层间界面结合缺陷，提高层间结合强度，实现大型构件结构、成分、性能一体化成形制造。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种同步不间断送丝全固相搅拌摩擦增材制造装置，包括搅拌摩擦装置和进丝装置，所述搅拌摩擦装置包括夹持部、碎料刀片、螺杆部、凸台和安装底座，所述安装底座上端开凿有夹持部，所述安装底座下端安装有多个均匀分布的碎料刀片，所述安装底座下端安装有螺杆部，多个所述碎料刀片位于螺杆部外侧，所述螺杆部下端固定连接有多个均匀分布的凸台。

进一步的，所述夹持部上端设有定位平面，所述定位平面为搅拌摩擦焊机刀柄夹持要求加工制成。

进一步的，所述搅拌摩擦装置旋转方向与螺杆部旋转方向相反。

进一步的，所述碎料刀片由多组叶片组成，所述螺杆部形状为三角形设置且不限于矩形、梯形、锯齿形及圆弧形截面螺纹结构。

进一步的，多个所述凸台为同一分度圆上设置分布。

进一步的，所述凸台的根部端面与进丝装置底部端面共面。

进一步的，所述进丝装置包括上端盖、通孔、储料腔和进丝通道，所述上端盖安装于搅拌摩擦装置外端，所述上端盖上端开凿有多个均匀分布的通孔，所述上端盖内部开凿有储料腔，所述上端盖侧端开设有多个均匀分布的进丝通道，多个所述进丝通道与储料腔相互连通。