本发明专利技术提供了一种摩擦沉积增材制造装置的给料机构、摩擦沉积增材制造装置及增材制造方法，该装置的给料机构包括：送料杆内设置的送料通道出料口位于送料杆侧壁下部；工具头上设置有阶梯孔，送料通道的出料口位于阶梯通道的大腔室内，工具头与送料杆能够相对转动；在大腔室内壁设置有螺旋凸起部，在靠近送料杆的螺旋凸起部上设置有刃；方法步骤包括：工具头以100rpm～2000rpm的转速旋转，材料通过螺旋凸起部挤压到基板表面，并经工具头的旋转碾压作用，实现丝料向基板表面沉积；本发明专利技术不仅能顺利、快速、灵活的实现同种或异种丝状、粉状材料的连续固相沉积增材制造，而且能够有效地解决了出料通道被堵塞甚至堵死的问题。决了出料通道被堵塞甚至堵死的问题。决了出料通道被堵塞甚至堵死的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种给料机构、摩擦沉积增材制造装置及增材制造方法
[0001]本专利技术涉及固相增材制造
，尤其涉及一种摩擦沉积增材制造装置的给料机构、摩擦沉积增材制造装置及增材制造方法。
技术介绍
[0002]固相摩擦基增材制造（简称固相增材制造）是一种新型的并已取得初步应用的先进增材制造技术。该技术通过工具与基材的摩擦作用实现固相原材料向基板表明沉积，避免了熔化基增材制造结构件中常出现的气孔、裂纹等缺陷，并且由于材料沉积过程中不发生熔化，因此能够避免晶粒尺寸粗大和强化相溶解导致的增材件性能降低。在摩擦基增材制造方法中，原材料主要有板状、粉状、棒状和丝状四种形式供给。其中，棒状和板状难以实现材料连续的沉积过程，在提高成形效率方面面临诸多问题；粉状材料和丝状材料在实现材料连续沉积和控制增材效率方面存在优势，但在实现材料的增材方案方面还需不断优化。
[0003]现有技术中：中国航空制造技术研究院提供了一种流动摩擦增材制造装置及增材制造方法（CN109202272B），包括轴肩、母材和基体，轴肩内部具有空腔，在空腔下方的轴肩下端开有与空腔连通的中心通孔，母材放置于轴肩内部的空腔中，母材与轴肩内部的空腔底面之间存在顶锻力，轴肩与基体之间存在顶锻力。然而，采用该方案只能将母材热塑化后引流至基体待增材区表面，操作难度大。大连理工大学开发了一种搅拌摩擦增材制造机（CN108161448A），包括送粉系统、打磨系统、焊接系统、出粉口和挡料板，送粉系统包括带螺纹的轴承和进料筒，带螺纹的轴承位于进料筒的内部，通过轴承的旋转，产生下压力将进料筒中的金属粉料压入焊接系统中。然而，该增材制造机只适用于粉状原材料。哈尔滨工业大学开发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（CN114799480A），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，然而，该方法与装置只适用丝状原材料。
[0004]如前所述，现有增材制造设备都只适用于将单一原材料引入待增材区表面，至今还没有一种既能够实现丝状材料又能够实现粉状材料的连续固相沉积增材制造技术。
[0005]更关键地是，采用现有的常用增材制造设备，都会在工具头的中心通孔边沿产生飞边，此处的飞边容易导致出料通道堵塞甚至堵死。
技术实现思路
[0006]本专利技术目的在于提供一种摩擦沉积增材制造装置的给料机构、摩擦沉积增材制造装置及增材制造方法，至少用于解决现有增材制造过程中存在的“容易导致出料通道堵塞
甚至堵死”的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。
[0008]一种摩擦沉积增材制造装置给料机构，包括：送料杆，送料杆内设置有送料通道，送料通道的出料口位于送料杆侧壁下部；工具头，工具头上设置有阶梯孔，送料杆间隙配合在阶梯孔内，送料通道的出料口位于阶梯通道的大腔室内，工具头与送料杆能够相对转动；在大腔室内壁设置有螺旋凸起部，在靠近送料杆的螺旋凸起部上设置有刃，螺旋凸起部底部与工具头的工作面齐平。本专利技术中，所述的阶梯孔由大腔室与小腔室两部分组成，大腔室与小腔室是相对而言的。
[0009]为了更顺利、灵活地进行给料，所述的送料通道的进料口位于送料杆顶端，送料通道呈“J”形结构。
[0010]为了更顺利地进行给料，所述的螺旋凸起部顶部高于送料通道的出料口。
[0011]为了更顺利、高效地进行给料，所述的螺旋凸起部在大腔室内的旋转圈数为0.1
‑
0.6圈，螺旋凸起部垂直高度等于大腔室高度。
[0012]作为优选方案，所述的螺旋凸起部内侧端具有一条或两条棱角线，采用该棱角作为所述的刃。
[0013]作为优选方案，送料通道的出料口低点距送料杆底端面的距离为1.5
‑
20mm，螺旋凸起部顶部比送料通道的出料口顶点高2
‑
10mm。
[0014]一种采用前述给料机构的摩擦沉积增材制造装置，包括主轴，主轴上部连接传动机构，主轴下部设置有夹持结构，所述给料机构安装在夹持结构上，所述给料机构的送料杆竖向穿过传动机构、主轴、夹持结构并伸入工具头的阶梯孔中。
[0015]作为优选方案，所述的主轴和送料杆共同固定于同一位移运动装置，以实现工具头与送料杆同步运动；所述的送料杆上方安装送料机构。
[0016]一种采用前述摩擦沉积增材制造装置的增材制造方法之一，步骤包括：步骤11，采用送料机构将丝料送入送料通道，进入送料通道后的丝料最终伸入工具头的大腔室内；步骤12，控制工具头以100rpm～2000rpm的转速旋转，工具头的旋转方向满足“螺旋凸起部顶端先于螺旋凸起部底端经过送料通道的同一出料口所在竖直线”的要求，丝料则通过螺旋凸起部挤压到基板表面，并经工具头的旋转碾压作用，实现丝料向基板表面沉积；步骤13，控制工具头按预设路径移动，直到完成材料的单层沉积；步骤14，控制工具头按设定量上移，重复步骤13；步骤15，多次重复实施步骤14，直到成型出所需尺寸的结构。
[0017]一种采用前述摩擦沉积增材制造装置的增材制造方法之二，步骤包括：步骤21，采用送料机构将粉料送入送料通道，进入送料通道后的粉料最终落入工具头的大腔室内；步骤22，控制工具头以100rpm～2000rpm的转速旋转，工具头的旋转方向满足“螺旋凸起部顶端先于螺旋凸起部底端经过送料通道的同一出料口所在竖直线”的要求，粉料则通过螺旋凸起部挤压到基板表面，并经工具头的摩擦锻压作用，实现粉料向基板表面沉积；
步骤23，控制工具头按预设路径移动，直到完成材料的单层沉积；步骤24，控制工具头按设定量上移，重复步骤13；步骤25，多次重复实施步骤24，直到成型出所需尺寸的结构。
[0018]有益效果：本专利技术提供了一种全新的摩擦沉积增材制造技术，不仅能顺利、快速、灵活的实现同种或异种丝状材料的连续固相沉积增材制造，而且能够顺利、快速、灵活的实现同种或异种粉状材料的连续固相沉积增材制造，同时能够优化制造工艺并显著提高制造效率；本专利技术中，送料通道的出料口主要是进行材料输送，而不参与材料的动态沉积过程，所设置的螺旋凸起部在旋转过程中会使丝材断裂并使材料落至基板表面，在这个过程中送料杆也不参与丝材塑化，所设置的螺旋凸起部在旋转过程中还能够有效破碎材料塑化沉积产生的飞边（中心通孔/大腔室边沿处的飞边），有效地解决了出料通道被堵塞甚至堵死的问题。
[0019]本专利技术中，通过工具头与材料热机作用实现材料在基板上塑化沉积，材料沉积阶段所受温度低于熔点，材料不发生熔化，且材料经历强烈的热机作用，能够避免材料过热而带来的组织粗化和强化相溶解，降低了应力集中，能够获得优质制造件。
附图说明...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种摩擦沉积增材制造装置给料机构，其特征在于，所述给料机构包括：送料杆（5），送料杆（5）内设置有送料通道（51），送料通道（51）的出料口位于送料杆（5）侧壁下部；工具头（1），工具头（1）上设置有阶梯孔，送料杆（5）间隙配合在阶梯孔内，送料通道（51）的出料口位于阶梯通道的大腔室（12）内，工具头（1）与送料杆（5）能够相对转动；在大腔室（12）内壁设置有螺旋凸起部（13），在靠近送料杆（5）的螺旋凸起部（13）上设置有刃，螺旋凸起部（13）底部与工具头（1）的工作面齐平。2.根据权利要求1所述的给料机构，其特征在于：所述的送料通道（51）的进料口位于送料杆（5）顶端，送料通道（51）呈“J”形结构。3.根据权利要求1所述的给料机构，其特征在于：所述的螺旋凸起部（13）顶部高于送料通道（51）的出料口。4.根据权利要求3所述的给料机构，其特征在于：所述的螺旋凸起部（13）在大腔室（12）内的旋转圈数为0.1
‑
0.6圈，螺旋凸起部（13）垂直高度等于大腔室（12）高度。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的给料机构，其特征在于：所述的螺旋凸起部（13）内侧端具有一条或两条棱角线，采用该棱角作为所述的刃。6.根据权利要求5所述的给料机构，其特征在于：送料通道（51）的出料口低点距送料杆（5）底端面的距离为1.5
‑
20mm，螺旋凸起部（13）顶部比送料通道（51）的出料口顶点高2
‑
10mm。7.一种采用权利要求1
‑
6任一项所述给料机构的摩擦沉积增材制造装置，其特征在于，包括主轴（3），主轴（3）上部连接传动机构（4），主轴（3）下部设置有夹持结构（2），所述给料机构安装在夹持结构（2）上，所述给料机构的送料杆（5）竖向穿过传动机构（4）、主轴（3）、夹持结构（2）并伸...
【专利技术属性】
技术研发人员：周利，孙舒蕾，王瑞，梁涛，南鑫晨，陈强，黄树海，肖寒，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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