[发明专利]一种随动预定位搅拌摩擦增材制造装置及其制造方法

说明书

一种随动预定位搅拌摩擦增材制造装置及其制造方法，本发明为了解决传统搅拌摩擦增材制造技术连续送料难、增材制造过程需装夹约束、增材制造后需二次机加工减材与整形、系统刚性低和增材制造效率低的技术问题,本发明包括主电极轮、带状原料、副电极轮、增材制造基板、增材制造搅拌针和自限位部件，增材制造搅拌针安装在所述自限位部件上，增材制造搅拌针的下端面与自限位部件的下端面平齐，主电极轮和副电极轮分别位于所述自限位部件的前、后两侧，带状原料的一端从主电极轮的前方连续送入。本发明可实现增材制造带状原料的预定位，解决搅拌摩擦增材制造严格装夹约束的限制。

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦增材制造装置及其方法，具体涉及一种随动预定位搅拌摩擦增材制造装置及其方法，本发明属于固相增材制造技术领域。

背景技术

在航空航天领域，针对类似于火箭贮箱、舱段等高筋薄壁件的大承载性能要求，在其生产制造中，通常设计有大量的加强筋结构来提高构件整体的强度与刚度。加强筋结构常用的铣削加工或焊接的方法存在机加减材的原料浪费、制造效率低、型面精度差等问题。

搅拌摩擦增材制造作为一种固相、低热输入的增材制造方法，可实现具有细化均匀组织特征的高强韧增材制造件的制备，尤其适用于小批量、高精度、大承载的航空航天结构件的生产制造。常见的填丝搅拌摩擦装置及增材制造方法，通过在增材制造工作部位置丝材的原位供给，实现了构件的连续增材制造，解决了需严格装夹约束的问题。但在该方法下，增材制造层的两侧由于没有刚性约束，存在一定宽度的低性能、形状不规则的溢材区，增材制造后仍需机加工去除、整形；该方法下材料难于从静轴肩与搅拌针之间流出。在增材制造过程停顿后，原料易堵塞。并且，送丝方案单位时间内单层堆积效率较低；作为一种固相成形技术，搅拌摩擦增材制造在保证成形质量及增材制造工具寿命的前提下，增材制造的速度亦受限制。制造过程中设备的整体刚性存在较大挑战，尤其对基于机器人的搅拌摩擦增材制造设备而言，制约着精密构件的可靠增材制造。

针对以上问题，如能开发一种适用于高筋薄壁件筋条增材制造的、高效率、高系统刚性的，具有自限位特征的可实现随增整形无需二次机加减材的连续增材制造技术，克服现有搅拌摩擦增材制造技术的局限性，将能有效拓宽固相增材制造技术的应用面。

发明内容

本发明为了解决传统搅拌摩擦增材制造技术连续送料难、增材制造过程需装夹约束、增材制造后需二次机加工减材与整形、系统刚性低和增材制造效率低的技术问题，进而提供了一种随动预定位搅拌摩擦增材制造装置及其制造方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明包括主电极轮、带状原料、副电极轮、增材制造基板、增材制造搅拌针和自限位部件，增材制造搅拌针安装在所述自限位部件上，增材制造搅拌针的下端面与自限位部件的下端面平齐，主电极轮和副电极轮分别位于所述自限位部件的前、后两侧，带状原料的一端从主电极轮的前方连续送入。

进一步地，所述自限位部件包括自限位部件端面、两个自限位片和圆环体，圆环体的上表面中部设有自限位部件端面，两个自限位片对称设置在自限位部件端面的两侧，两个自限位片的凸面相对设置，自限位部件端面的下部边缘处设有多个锥面孔，多个锥面孔沿圆周方向均布设置；圆环体的上表面边缘处设有多个安装定位孔，多个安装定位孔沿圆周方向均布设置,圆环体的下表面设有安装导向面。进一步地，自限位片的宽度应为自限位部件端部直径的0.8～2倍。

进一步地，自限位部件端面内部设有内锥面，内锥面的外轮廓由上至下依次渐宽，圆环体的下表面设有安装导向面。

进一步地，增材制造搅拌针的上部设有夹持面，增材制造增材制造搅拌针的下部相对设有两个凸柱，增材制造搅拌针的下端设有增材制造搅拌针端部膨大区。

一种随动预定位搅拌摩擦增材制造方法，它包括如下步骤：