[发明专利]一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置及方法

权利要求书

1.一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：包括粉芯丝材成型机构(1)、固相增材制造机构(2)和增材制造零件(3)；

所述粉芯丝材成型机构(1)包括水平方向依次布置的折弯部件(101)、填粉部件(102)和成型部件(103)，所述折弯部件(101)的工作部位、所述填粉部件(102)的工作部位和所述成型部件(103)的工作部位加装有粉芯丝材原料(104)；

所述固相增材制造机构(2)包括旋转部件(201)和非旋转部件(202)，所述旋转部件(201)和非旋转部件(202)转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述折弯部件(101)包括两组第一辊轮，所述粉芯丝材原料(104)位于两组所述第一辊轮之间；所述填粉部件(102)包括漏斗，所述漏斗内部加装有经过预混合处理的金属基复合材料粉末，所述漏斗的出口的位于所述粉芯丝材原料(104)正上方；所述成型部件(103)包括两组第二辊轮之间。

3.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述粉芯丝材原料(104)初始形态为金属薄带状，所述粉芯丝材原料(104)的截面呈平板状。

4.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述旋转部件(201)包括第一夹持柄(20101)、过渡件(20102)、进给送料螺杆(20103)和搅拌针(20104)；所述过渡件(20102)顶部与所述第一夹持柄(20101)固定连接，所述过渡件(20102)的底部与所述送料螺杆端部固定连接；所述搅拌针(20104)固定设置在所述送料螺杆远离所述过渡件(20102)的一端。

5.根据权利要求4所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述搅拌针(20104)包括若干个凸起，每个凸起呈圆台状。

6.根据权利要求4所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述非旋转部件(202)包括轴筒、第二夹持柄(20201)、低位进料孔(20202)、高位进料孔(20203)和轴肩(20204)；所述第二夹持柄(20201)位于轴筒外侧顶部；所述低位进料孔(20202)与所述高位进料孔(20203)均开设在所述轴筒侧壁并与所述轴筒内部连通；所述轴肩(20204)固定设置在所述轴筒底部；所述低位进料孔(20202)和所述高位进料孔(20203)均与所述进给送料螺杆(20103)相对应。

7.根据权利要求6所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述进给送料螺杆(20103)转动连接在所述轴筒内部；所述进给送料螺杆(20103)的螺纹为圆形螺纹或梯形螺纹，螺纹头数为1～3头，进给送料螺杆(20103)外径比固相增材制造机构(2)轴筒内壁直径小0.3～1.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：所述增材制造零件(3)包括一块增材基板(301)和沿堆积方向向上堆积的固相制造层(302)。

9.根据权利要求8所述的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：粉芯丝材直径d、送丝速度f、增材制造层高h、增材制造层宽w、行进速度v满足下述关系：

4.0vfwπfd²≤4.5vfw。

10.一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造方法，基于权利要求1-9任一项的一种金属基复合材料粉芯丝材固相增材制造装置，其特征在于：包括以下步骤：

a、所述粉芯丝材原料(104)首先经过折弯部件(101)辊压呈V型截面薄带；再经过填粉部件(102)在V型截面薄带状的粉芯丝材原料(104)内填入预混合的金属基复合材料原料，然后由成型部件(103)辊压成圆形截面的粉芯丝材；

b、所述圆形截面的粉芯丝材沿送丝方向从所述非旋转部件(202)的所述低位进料孔(20202)或所述高位进料孔(20203)送入，同时所述旋转部件(201)沿轴线高速旋转，通过所述非旋转部件(202)和所述旋转部件(201)之间的相对旋转使金属基复合材料粉芯丝材破碎与形变发热，使其进入热塑化状态；

c、随后圆形截面的粉芯丝材在所述进给送料螺杆(20103)的作用下向下运动，使热塑化的金属基复合材料原料流入所述搅拌针(20104)周围，并在所述搅拌针(20104)的强塑性变形作用下固结成形，在所述轴肩(20204)的抹平作用下成为平整的固相增材制造层。