路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法及搅拌摩擦增材制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法及搅拌摩擦增材制造装置，该装置包括：以多个具有不同直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺打印金属构建，其中沉积层的宽度与金属棒材的直径相等；当需要改变沉积层的宽度时，直接选择直径与所需沉积层宽度相等的金属棒材为原料，从而获得所需的路径宽度。本发明专利技术的方法可直接获得不同路径宽度的金属构件，如不同宽度加强筋结构的金属板或者具有不同壁厚的圆筒形零件，提高打印质量和效率。高打印质量和效率。高打印质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法及搅拌摩擦增材制造装置


[0001]本专利技术涉及搅拌摩擦增材制造
，具体而言涉及一种路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法及搅拌摩擦增材制造装置。

技术介绍

[0002]增材制造技术，俗称3D打印技术，是一种通过材料逐层添加堆积、实现构件无模精确成形的数字化制造技术。增材制造技术与传统的减材加工思路相反，是利用高能能量源将材料逐点熔化，逐层堆积，直接成形。增材制造技术自出现以来，凭借加工周期短、生产效率高、可实现高柔性生产等优势得到了广泛关注，主要制备方法包括3D打印、磁控溅射和定向凝固等。
[0003]常用的金属增材制造方法包括电弧、电子束和激光增材制造，这三种技术具有各自的优势和使用范围，均能较好的实现材料的增材制造。但对于一些具有特殊尺寸的零件，比如用于建筑领域的表面需要宽度不同加强筋的金属板材，或是需要不同壁厚的圆筒连接件，对于不同的路径宽度，在打印过程存在搭接导致的缺陷，并影响制造效率；采用更换相应宽度的打印头的方式可以解决搭接问题，但操作繁琐，且仍然影响制造效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对存在不同路径宽度的金属构件，提供一种路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法及搅拌摩擦增材制造装置，通过采用不同直径的金属棒材为原料，结合搅拌摩擦增材制造工艺，直接获得不同路径宽度的金属构件，提高打印质量和效率。
[0005]根据本专利技术目的的第一方面，提供一种路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，包括：
[0006]以多个具有不同直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在基板上从第一层开始以向上生长的方式逐层沉积，直到完成最后一层的沉积，获得所需金属构件；所述金属构件为具有不同宽度加强筋结构的金属板或者具有不同壁厚的圆筒形零件；
[0007]其中，搅拌针扎入基板或前一层沉积层内，并使搅拌头的端面与基板或前一层沉积层表面相接触预热，随后搅拌头回抽使搅拌头的端面与基板或前一层沉积层表面保持一定距离，金属棒材进入搅拌头并伸出搅拌头，直至与基板表面或前一层沉积层表面相接触，并由搅拌头带动进行同步旋转塑化进行新的沉积层的沉积，使得沉积层的宽度与金属棒材的直径相等；
[0008]当需要改变沉积层的宽度时，直接选择直径与所需沉积层宽度相等的金属棒材为原料，从而获得所需的路径宽度；其中，在打印过程中针对不同宽度的加强筋结构或者圆筒形零件的不同壁厚部位切换不同的金属棒材进行搅拌摩擦增材制造。
[0009]在可选的实施方式中，所述金属构件为具有不同宽度加强筋结构的金属板，包括如下制备过程：
[0010]以金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在金属板的表面，以横向和纵向正交交叉的方式单道次打印形成加强筋结构，且同一方向上，相邻单道次之间存在间距；
[0011]其中，采用直径不等的两个金属棒材为原料，分别打印横向加强筋和纵向加强筋，从而使横向加强筋和纵向加强筋的宽度不相等，获得具有不同宽度加强筋结构的金属板。
[0012]在可选的实施方式中，相邻单道次之间存在间距范围可根据金属板材所得强度和刚性需求进行设置。
[0013]在可选的实施方式中，所述金属构件为具有不同壁厚的圆筒形零件，包括如下制备过程：
[0014]以具有第一直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在基材表面上从第一层开始以向上生长的方式逐层沉积，获得具有第一壁厚的圆筒形零件部分，其中，第一壁厚等于第一直径；
[0015]以具有第二直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在具有第一壁厚的圆筒形零件部分上继续以向上生长的方式逐层沉积，获得具有第二壁厚的圆筒形零件部分，其中，第二壁厚等于第二直径；
[0016]以此类推，直至获得所需具有不同壁厚的圆筒形零件。
[0017]在可选的实施方式中，属种类为铝合金、镁合金、铜合金或钛合金。
[0018]在可选的实施方式中，所述搅拌摩擦增材制造工艺，被设置成根据打印结构参数确定金属棒材的给进速度和搅拌摩擦处理的工艺参数，并根据此设定打印程序以进行零件的打印成型。
[0019]在可选的实施方式中，所述搅拌摩擦增材制造方法还包括将打印成型后的零件进行退火处理。
[0020]根据本专利技术目的的第二方面，提供一种变直径连续进给送料搅拌摩擦增材制造装置，包括：
[0021]供料系统，包括原料容器，所述原料容器上设有多个贯穿的通孔，用于放置不同直径的金属棒材；
[0022]原料容器的上端设有推动机构，用于推动金属棒材，原料容器的下端套设有下料机构，所述下料机构上设有仅供一根金属棒材通过的第一通道；
[0023]原料容器上还设有传动机构，原料容器通过传动机构的推拉使置于通孔内的金属棒材的位置与下料机构上的第一通道的位置对应，推动机构推动所需直径的金属棒材，金属棒材通过第一通道输送至搅拌摩擦增材制造系统；
[0024]设于供料系统下方的搅拌摩擦增材制造系统，包括搅拌头，所述搅拌头包括依次连接的连接部、轴肩部和搅拌针；
[0025]连接部内设有贯穿的第二通道，通过第一通道的金属棒材通过牵引机构输送至所述第二通道内，第二通道中设有收聚机构，通过收聚机构使第二通道与金属棒材的直径契合，并将金属棒材继续输送至轴肩部；
[0026]轴肩部内设有贯穿的第三通道，第三通道与第二通道形成连通，金属棒材从第二
通道进入第三通道，并沿着第三通道输送至待增材区的表面；
[0027]搅拌针设于轴肩部远离连接部的端面上，用于促进周围材料的流动；
[0028]所述搅拌摩擦增材制造系统与控制驱动系统连接，控制驱动系统被设置成对从轴肩部内输出的金属棒材进行搅拌摩擦增材制造；
[0029]其中，在打印具有不同宽度加强筋结构的金属板或者具有不同壁厚的圆筒形零件时，针对不同宽度的加强筋结构或者圆筒形零件的不同壁厚部位，通过所述推动机构(120)推动不同的贯穿的通孔(111)中放置的金属棒材，切换不同的金属棒材进行搅拌摩擦增材制造。
[0030]在可选的实施方式中，所述收聚机构包括多组夹紧装置，所述夹紧装置包括内圈、外圈和多个设于内圈和外圈之间的预紧力机构，并且所述预紧力机构使得内圈与外圈之间保持相互远离的趋势。
[0031]在可选的实施方式中，述预紧力机构为具有预紧力的弹簧。
[0032]在可选的实施方式中，所述内圈的顶部为上大下小的漏斗状，便于不同直径的棒料进入。
[0033]在可选的实施方式中，所述牵引机构为一组可调节的辊压轮，牵引金属棒材一恒定速度向下运动进入第二通道内。
[0034]由以上本专利技术的技术方案可见，本专利技术提出的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，通过采用不同直径的金属棒材为原料，结合搅拌摩擦增材制造工艺，直接获得不同路径宽度的金属构件，避免了搭接式增材制造过程中产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，包括：以多个具有不同直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在基板上从第一层开始以向上生长的方式逐层沉积，直到完成最后一层的沉积，获得所需金属构件；所述金属构件为具有不同宽度加强筋结构的金属板或者具有不同壁厚的圆筒形零件；其中，搅拌针扎入基板或前一层沉积层内，并使搅拌头的端面与基板或前一层沉积层表面相接触预热，随后搅拌头回抽使搅拌头的端面与基板或前一层沉积层表面保持一定距离，金属棒材进入搅拌头并伸出搅拌头，直至与基板表面或前一层沉积层表面相接触，并由搅拌头带动进行同步旋转塑化进行新的沉积层的沉积，使得沉积层的宽度与金属棒材的直径相等；当需要改变沉积层的宽度时，直接选择直径与所需沉积层宽度相等的金属棒材为原料，从而获得所需的路径宽度；其中，在打印过程中针对不同宽度的加强筋结构或者圆筒形零件的不同壁厚部位切换不同的金属棒材进行搅拌摩擦增材制造。2.根据权利要求1所述的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，所述金属构件为具有不同宽度加强筋结构的金属板，包括如下制备过程：以金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在金属板的表面，以横向和纵向正交交叉的方式单道次打印形成加强筋结构，且同一方向上，相邻单道次之间存在间距；其中，采用直径不等的两个金属棒材为原料，分别打印横向加强筋和纵向加强筋，从而使横向加强筋和纵向加强筋的宽度不相等，获得具有不同宽度加强筋结构的金属板。3.根据权利要求2所述的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，相邻单道次之间存在间距范围可根据金属板材所得强度和刚性需求进行设置。4.根据权利要求1所述的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，所述金属构件为具有不同壁厚的圆筒形零件，包括如下制备过程：以具有第一直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在基材表面上从第一层开始以向上生长的方式逐层沉积，获得具有第一壁厚的圆筒形零件部分，其中，第一壁厚等于第一直径；以具有第二直径的金属棒材为原料，采用搅拌摩擦增材制造工艺，按照预设的程序在具有第一壁厚的圆筒形零件部分上继续以向上生长的方式逐层沉积，获得具有第二壁厚的圆筒形零件部分，其中，第二壁厚等于第二直径；以此类推，直至获得所需具有不同壁厚的圆筒形零件。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，属种类为铝合金、镁合金、铜合金或钛合金。6.根据权利要求1
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4中任意一项所述的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，所述搅拌摩擦增材制造工艺，被设置成根据打印结构参数确定金属棒材的给进速度和搅拌摩擦处理的工艺参数，并根据此设定打印程序以进行零件的打印成型。7.根据权利要求1
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4中任意一项所述的路径宽度可变的金属构件的搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，所述搅拌摩擦增材制造方法还包括将打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中刚，高颙晖，郭艳华，戴国庆，姚杰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：