[发明专利]一种填丝搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法

摘要

本发明涉及一种填丝搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法，该装置包括搅拌针、轴肩、丝材和基体，丝材放置于搅拌针内部的送丝孔中，丝材的端部从搅拌针侧壁伸出，搅拌针插入轴肩内部的轴向通孔中，搅拌针的下端面与轴肩的下端面平齐，轴肩与基体之间存在顶锻力，搅拌针侧壁外表面加工有螺旋槽，螺旋槽延伸至搅拌针下端面，形成槽口作为出料口，轴肩内部的轴向通孔壁上和轴肩下端面均加工有螺旋槽。增材制造时，轴肩在基体待增材区表面旋转并移动，搅拌针不发生旋转运动，丝材在螺旋槽的作用下热塑化并流出，扩散并沉积于基体待增材区表面。该装置和方法可以提高材料利用率和制造效率，解决了搅拌摩擦增材制造加工余量大、材料利用率低的问题。

主权项

1.一种填丝搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于，该增材制造装置包括搅拌针、轴肩、丝材和基体，所述搅拌针内部加工有通孔作为送丝孔，所述轴肩内部加工有轴向通孔；丝材放置于搅拌针内部的送丝孔中，丝材的前端从搅拌针侧壁伸出，搅拌针插入轴肩内部的轴向通孔中，搅拌针的下端面与轴肩的下端面平齐，搅拌针和轴肩组成的搅拌头的下端面置于基体待增材区表面，轴肩与基体之间存在顶锻力，搅拌针侧壁外表面加工有螺旋槽，螺旋槽延伸至搅拌针下端面，形成槽口作为出料口，轴肩内部的轴向通孔壁上加工有螺旋槽，该螺旋槽的旋向与搅拌针侧壁外表面的螺旋槽的旋向相反，轴肩下端面加工有螺旋槽，螺旋槽的旋向取决于增材制造过程中轴肩的旋转方向；工作时，轴肩在基体待增材区表面旋转并移动，搅拌针不发生旋转和轴线的窜动，丝材端部在轴肩内部的轴向通孔壁的摩擦作用下发生热塑化，热塑化材料在轴肩的轴向通孔壁的螺旋槽的切削作用下被破碎后，随轴肩的旋转带动作用进入搅拌针与轴肩之间的间隙，轴肩与搅拌针之间的相对旋转运动对间隙中的材料形成搅拌摩擦作用，使材料保持热塑化状态，同时轴肩轴向通孔壁和搅拌针侧壁外表面上的螺旋槽驱使热塑化材料沿搅拌头轴线向下移动从出料口流出，流出的热塑化材料在轴肩下端面螺旋槽的搅拌摩擦作用及顶锻力作用下，扩散并沉积于基体待增材区表面。