【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种增材制造，特别是涉及一种搅拌摩擦沉积固态增材制造系统及工艺。
技术介绍
1、搅拌摩擦沉积增材制造技术是基于搅拌摩擦焊接和加工原理拓展而来的一项新型固态增材制造技术。相比熔化增材制造技术，搅拌摩擦沉积增材制造利用摩擦热将金属料加工至低于熔点温度的热塑性状态，随后逐层铺展沉积，沉积层在轴向压力和层间搅拌的耦合作用下实现紧密连接，避免了材料熔化凝固过程中的各种缺陷。较高的变形量使增材产品的晶粒细化，具有明显的性能优势。因而该新技术一经问世，立即在航天、船舶、特种车辆等领域获得了应用。
2、现有的常规固态增材制造技术，如搅拌摩擦增材制造(friction stir additivemanufacturing，fsam)与摩擦堆焊(friction surfacing，fs)均需要以合金坯料为原材料，无法使用颗粒料为原材料进行增材，使得产品的形式和性能受限。
3、不同于上述常规的固态增材制造技术，搅拌摩擦沉积固态增材制造(additivefriction stir deposition，afsd)能够以颗粒为原材料实现增材。其中，金属颗粒料具有性能可调节范围广、均匀性高、流动性强的特点，可进一步通过多种颗粒掺杂的方式实现复合材料的制备，在增材制造过程中具有更广阔的应用空间。
4、但是，现有的搅拌摩擦沉积固态增材制造技术只有一个可旋转的主轴，沉积过程中热输入由单一的旋转轴调控，增材工艺窗口较窄，使得其制备的增材产品的微观组织及力学性能均匀性有待提高，无法满足某些对工件组织、性能要求非常苛
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种搅拌摩擦沉积固态增材制造系统及工艺，主要目的在于解决现有的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统及工艺在沉积过程中热输入由单一的旋转轴调控，增材工艺窗口较窄的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
3、一方面，本专利技术的实施例提供一种搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其包括：
4、套筒结构，所述套筒结构为两端敞口的中空结构；其中，所述套筒结构的第一端为第一搅拌摩擦端；
5、内芯结构，所述内芯结构置于所述套筒结构的内部，且所述内芯结构与所述套筒结构之间存在用于使原料经过的间隙；所述内芯结构的第一端为第二搅拌摩擦端；
6、送料装置，所述送料装置用于将原料输送至所述内芯结构和所述套筒结构之间的间隙处；
7、驱动系统，所述驱动系统包括第一驱动系统和第二驱动系统；其中，所述第一驱动系统与所述套筒结构连接，用于控制所述套筒结构旋转或静止；所述第二驱动系统与所述内芯结构连接，用于控制所述内芯结构旋转或静止；
8、其中，当所述搅拌摩擦沉积固态增材制造系统在基体上制备沉积层时：控制所述套筒结构旋转或静止，控制所述内芯结构旋转；原料运行至第一搅拌摩擦端和第二搅拌摩擦端之间的间隙时，与套筒结构和内芯结构之间发生摩擦；产生的摩擦变形及摩擦热将至少部分原料加工成热塑性状态，涂抹在基体上形成沉积层；所述沉积层在第一搅拌摩擦端的端部、第二搅拌摩擦端的端部的作用下发生多道次、多方向的塑性变形。
9、优选的，所述套筒结构和所述内芯结构彼此独立旋转；和/或所述套筒结构和所述内芯结构的旋转轴线相同或相近；和/或所述套筒结构和所述内芯结构的旋转方向相同或相反。
10、优选的，所述第一搅拌摩擦端的端部设计成第一结构、第二结构、第三结构、第四结构中的任一种；其中，第一结构为平面结构；所述第二结构为具有纹路的端部；所述第三结构为设置有搅拌针的端部；所述第四结构为台阶状结构；和/或所述第二搅拌摩擦端的端部设计成第一结构、第二结构、第三结构中的任一种；其中，第一结构为平面结构；所述第二结构为具有纹路的端部；所述第三结构为设置有搅拌针的端部。
11、优选的，所述第二搅拌摩擦端的端部与所述第一搅拌摩擦端的端部平齐；或相对于所述第一搅拌摩擦端的端部，所述第二搅拌摩擦端的端部缩在所述套筒结构的中空结构内。
12、优选的，所述套筒结构包括圆柱状筒体结构和圆台状筒体结构；其中，所述圆台状筒体结构的大口径端与所述圆柱状筒体结构相接；其中，所述圆台状筒体结构形成所述套筒结构的第一搅拌摩擦端，所述圆台状筒体结构的小口径端的端部为所述第一搅拌摩擦端的端部。
13、优选的，所述内芯结构包括圆柱状结构和圆台状结构；其中，所述圆台状结构的大端与所述圆柱状结构相接；其中，所述圆台状结构形成所述内芯结构的第二搅拌摩擦端，所述圆台状结构的小端端部为所述第二搅拌摩擦端的端部。
14、优选的，所述套筒结构的圆柱状筒体结构环绕所述内芯结构的圆柱状结构设置；所述套筒结构的圆台状筒体结构环绕所述内芯结构的圆台状结构设置。
15、优选的，从所述圆台状筒体结构的大口径端到小口径端的方向上，所述圆台状筒体结构和所述圆台状结构之间的间隙呈逐渐减少趋势。
16、优选的，所述内芯结构上设置有送料螺纹；其中，所述送料装置将原料输送至所述内芯结构和所述套筒结构之间的间隙后，原料落在所述送料螺纹上；其中，所述内芯结构的旋转方向与所述送料螺纹的旋向相反，以通过所述送料螺纹使原料经过第一搅拌摩擦端和第二搅拌摩擦端之间的间隙后，输送至所述搅拌摩擦沉积固态增材制造系统和基体的接触处；优选的，当所述内芯结构包括圆柱状结构和圆台状结构时：所述送料螺纹仅设置在圆台状结构上；或所述送料螺纹设置在圆台状结构上、以及还设置在圆柱状结构上的靠近圆台状结构的位置处。
17、优选的，所述送料装置包括：
18、送料结构，所述送料结构为两端敞口、内部中空的筒状结构；其中，所述筒状结构的内部中空结构形成送料腔；所述送料结构安置在所述套筒结构的第二端和内芯结构的第二端之间的间隙处；其中，所述套筒结构上的第二端和第一端相对设置；所述内芯结构上的第二端与第一端相对设置；优选的，所述送料结构分别与所述套筒结构、所述内芯结构通过轴承连接；优选的，所述送料结构为多个，且多个送料结构均匀分布在所述套筒结构的第二端和内芯结构的第二端之间的间隙处。
19、优选的，所述送料装置包括：
20、送料结构，所述送料结构包括第一环形壁和第二环形壁；其中，第一环形壁环绕第二环形壁设置，以在第一环形壁和第二环形壁之间形成两端敞口的送料腔；其中，所述送料结构安置在所述套筒结构的第二端和内芯结构的第二端之间的间隙处；其中，所述第二环形壁通过轴承与所述内芯结构的第二端连接，所述第一环形壁通过轴承与套筒结构的第二端连接；其中，所述套筒结构上的第二端和第一端相对设置；所述内芯结构上的第二端与第一端相对设置。
21、优选的，进入送料结构内的原料能通过重力的方式，将原料输送至所述内芯结构和所述套筒结构之间的间隙处；和/或所述送料结构的送料腔内设置有旋转螺杆，能通过旋转螺杆将原料输送至所述内芯结构和所述套筒结构之间的间隙处。
22、优选的，所述送料结构连接有送料斗，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
4.根据权利要求1-3任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述套筒结构包括圆柱状筒体结构和圆台状筒体结构；其中，所述圆台状筒体结构的大口径端与所述圆柱状筒体结构相接；其中，所述圆台状筒体结构形成所述套筒结构的第一搅拌摩擦端，所述圆台状筒体结构的小口径端的端部为所述第一搅拌摩擦端的端部；
6.根据权利要求1-5任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述内芯结构上设置有送料螺纹；其中，
7.根据权利要求1-6任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述送料装置包括：
8.根据权利要求1-6任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述送料装置包括：
9.根据
10.根据权利要求7-9任一项所述的摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
11.根据权利要求7-10任一项所述的摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述送料装置还包括：
12.一种搅拌摩擦沉积固态增材制造工艺，其特征在于，以颗粒料为原料，采用权利要求1-11任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统将原料加工至低于熔点温度的热塑性状态，沉积在基体上。
13.根据权利要求12所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造工艺，其特征在于，所述搅拌摩擦沉积固态增材制造工艺包括第一增材模式、第二增材模式、第三增材模式；其中，
...【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
4.根据权利要求1-3任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述套筒结构包括圆柱状筒体结构和圆台状筒体结构；其中，所述圆台状筒体结构的大口径端与所述圆柱状筒体结构相接；其中，所述圆台状筒体结构形成所述套筒结构的第一搅拌摩擦端，所述圆台状筒体结构的小口径端的端部为所述第一搅拌摩擦端的端部；
6.根据权利要求1-5任一项所述的搅拌摩擦沉积固态增材制造系统，其特征在于，所述内芯结构上设置有送料螺纹；其中，
7.根据权利要求1-6任一项所述的搅...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰超，马宗义，马骁，王砚东，肖伯律，倪丁瑞，薛鹏，吴利辉，张昊，王贝贝，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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