本發(fā)明涉及固相增材制造，特別是涉及一種增材裝置及增材方法、焊接方法與缺陷修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造(additive?manufactur?ing,am)是通過計算機技術(shù)預(yù)先建立與規(guī)劃3d模型，結(jié)合數(shù)字化的可控?zé)嵩粗饘訉⒉牧先刍?、熔覆或疊加，快速成形結(jié)構(gòu)件或者功能件，具有數(shù)字制造、降維制造、堆積制造、直接制造、快速制造等五大技術(shù)特點，受到全球的廣泛關(guān)注，給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來一系列深刻的變革，可廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、醫(yī)療、建筑設(shè)計、汽車制造等領(lǐng)域。

2、其中攪拌摩擦增材技術(shù)是通過材料之間的摩擦產(chǎn)熱，使得材料塑化，但不發(fā)生熔化，從而實現(xiàn)增材，但是在現(xiàn)有的攪拌摩擦增材技術(shù)往往只能針對單一材料進(jìn)行增材處理，在面對諸如顆粒材料與粉末材料的混合增材、不同成分材料的混合增材以及不同材質(zhì)的材料混合增材時，往往難以滿足使用需求，特別是對于材料配比存在連續(xù)變化的增材需求時，更是無法滿足，其使用范圍存在局限性，難以滿足日益增長的增材需求。此外，在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，一般的增材方法往往只能采用絲材或者棒材，但是有些材料卻沒有成品絲材或者棒材，現(xiàn)有的增材裝置及方法也無法利用碎屑、顆粒或粉末等進(jìn)行增材，其材料使用的局限性也較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何實現(xiàn)混合材料的連續(xù)增材，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種增材裝置，包括同軸設(shè)置的主軸和外軸肩，所述外軸肩與所述主軸固定連接并形成有攪拌腔，所述攪拌腔內(nèi)設(shè)有同軸固定連接的刀柄與攪拌工具，所述刀柄遠(yuǎn)離攪拌工具的一端與所述主軸同軸固定連接，所述攪拌腔在靠近所述攪拌工具的一側(cè)設(shè)有出料開口；

2、所述外軸肩連接有多個進(jìn)料管道，所述進(jìn)料管道設(shè)有進(jìn)料控制裝置，所述進(jìn)料管道與所述攪拌腔連通以向所述攪拌腔內(nèi)輸入增材原料，多個所述進(jìn)料控制裝置用于控制向所述攪拌腔內(nèi)輸入的增材原料的配比。

3、優(yōu)選地，所述進(jìn)料控制裝置包括設(shè)置于進(jìn)料管道上的第一控制閥和第二控制閥，所述第一控制閥與所述第二控制閥之間形成有料倉，所述料倉內(nèi)設(shè)有重量傳感器。

4、優(yōu)選地，還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置包括套設(shè)于所述外軸肩外壁的冷卻倉，所述冷卻倉連接有進(jìn)水管路和出水管路，所述冷卻倉的出水端設(shè)有溫度傳感器，所述冷卻倉的進(jìn)水端設(shè)有流速控制器。

5、優(yōu)選地，所述攪拌工具遠(yuǎn)離刀柄一側(cè)的端面與所述外軸肩遠(yuǎn)離主體一側(cè)的端面平齊。

6、優(yōu)選地，所述攪拌工具的外周壁設(shè)有螺紋，所述螺紋的螺距為3mm至10mm，所述螺紋內(nèi)徑與外徑的差為4mm至10mm；所述攪拌工具遠(yuǎn)離所述刀柄的一端設(shè)有錐體，所述錐體用于插入待增材的基板內(nèi)。

7、優(yōu)選地，所述攪拌工具采用工具鋼或鎳基合金或鎢錸合金。

8、優(yōu)選地，所述增材原料采用顆粒材料或粉末材料或碎屑材料或顆粒材料、粉末材料及碎屑材料的任意組合。

9、本發(fā)明還提供一種增材方法，采用前文的的增材裝置，包括以下步驟：

10、a1、啟動主軸，主軸通過刀柄帶動攪拌工具在攪拌腔內(nèi)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，移動增材裝置的位置以使攪拌工具端部的錐體移動至工作位，而后錐體向下插入基板內(nèi)，同時保持外軸肩的下端面與基板的距離為第一預(yù)設(shè)范圍；

11、a2、根據(jù)預(yù)設(shè)的材料配比通過進(jìn)料管道向攪拌腔內(nèi)同時輸送不同份量的不同增材原料，待攪拌腔內(nèi)各增材原料混合均勻并與基板充分摩擦塑化后，啟動設(shè)備以讓整個增材裝置沿規(guī)劃路徑移動，實現(xiàn)初步增材；

12、a3、當(dāng)上一層增材完成后，增材裝置被抬起至下一層起始工作位，而后重復(fù)步驟a2以實現(xiàn)多層增材；

13、a4、當(dāng)完成增材后，停止增材原料的輸送，主軸停止旋轉(zhuǎn)，增材裝置被抬起復(fù)位至初始位置。

14、本發(fā)明還提供一種焊接方法，采用前文的的增材裝置，包括以下步驟：

15、b1、啟動主軸，主軸通過刀柄帶動攪拌工具在攪拌腔內(nèi)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，移動增材裝置的位置以使攪拌工具端部的錐體移動至工作位，而后錐體向下插入待焊接的兩個板材之間，使錐體的尖端與待焊接板材的底部齊平，同時保持外軸肩的下端面與待焊接板材的距離為第二預(yù)設(shè)范圍；

16、b2、通過進(jìn)料管道向攪拌腔內(nèi)輸送焊料，待攪拌腔內(nèi)焊料與待焊接板材充分摩擦塑化后，啟動設(shè)備以讓整個增材裝置沿規(guī)劃路徑移動，實現(xiàn)焊接，并在焊接處形成帶余高的焊縫；

17、b3、當(dāng)焊接軌跡行走到最終點時，保持主軸旋轉(zhuǎn)及送料，以一定速度原地抬起第一預(yù)設(shè)高度，并向反方向移動第一預(yù)設(shè)長度，結(jié)束后，再次以一定速度原地抬起第一預(yù)設(shè)高度，并沿原有軌跡移動第一預(yù)設(shè)長度；

18、b4、重復(fù)步驟b3，直至攪拌針最底部高出焊縫表面；

19、b5、停止焊料的輸送，主軸停止旋轉(zhuǎn)，增材裝置被抬起復(fù)位至初始位置。

20、本發(fā)明還提供一種缺陷修復(fù)方法，采用前文的增材裝置，包括以下步驟：

21、c1、啟動主軸，主軸通過刀柄帶動攪拌工具在攪拌腔內(nèi)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，移動增材裝置的位置以使攪拌工具端部的錐體移動至工作位，而后錐體向下插入待修復(fù)的板材缺陷處，并在缺陷處停留預(yù)設(shè)時間；

22、c2、啟動設(shè)備以讓增材裝置沿缺陷軌跡移動，同時通過進(jìn)料管道向攪拌腔內(nèi)輸送與待修復(fù)板材相同材質(zhì)的修補原料，以完成缺陷的修復(fù)；

23、c3、當(dāng)焊接軌跡行走到最終點時，保持主軸旋轉(zhuǎn)及送料，以一定速度原地抬起第二預(yù)設(shè)高度，并向反方向移動第二預(yù)設(shè)長度，結(jié)束后，再次以一定速度原地抬起第二預(yù)設(shè)高度，并沿原有軌跡移動第二預(yù)設(shè)長度；

24、c4、重復(fù)步驟c3，直至攪拌針最底部高出焊縫表面；

25、c5、停止焊料的輸送，主軸停止旋轉(zhuǎn)，增材裝置被抬起復(fù)位至初始位置。

26、本發(fā)明實施例中所提供的一種增材裝置及增材方法、焊接方法與缺陷修復(fù)方法相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，其有益效果在于：

27、在本發(fā)明中，攪拌腔連通有多個進(jìn)料管道，不同的進(jìn)料管道可以向攪拌腔內(nèi)輸入不同的增材原料，不同的增材原料在攪拌腔內(nèi)由攪拌工具進(jìn)行攪拌驅(qū)動以充分的混合，在外軸肩、攪拌工具以及基板的三方作用下，混合后的增材原料塑化并從出料開口處被擠壓至基板上以完成增材過程，其中進(jìn)料控制裝置能夠控制不同增材原料進(jìn)入攪拌腔內(nèi)的份量，從而能連續(xù)性的調(diào)整混合增材原料的材質(zhì)配比，使得增材的適用范圍更廣，能夠滿足更多的增材需求。

28、此外，進(jìn)行焊接時，可將焊料添加至焊縫內(nèi)，所獲得的焊縫厚度大于或等于被焊材料，避免攪拌摩擦焊縫的減薄所引起的承載能力下降。同時，在焊接結(jié)束階段可通過焊料的添加將攪拌摩擦焊縫尾部的匙孔進(jìn)行隨焊回填，無需進(jìn)行額外的修補或引出。

技術(shù)特征：

1.一種增材裝置，其特征在于，包括同軸設(shè)置的主軸和外軸肩，所述外軸肩與所述主軸固定連接并形成有攪拌腔，所述攪拌腔內(nèi)設(shè)有同軸固定連接的刀柄與攪拌工具，所述刀柄遠(yuǎn)離攪拌工具的一端與所述主軸同軸固定連接，所述攪拌腔在靠近所述攪拌工具的一側(cè)設(shè)有出料開口；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材裝置，其特征在于，所述進(jìn)料控制裝置包括設(shè)置于進(jìn)料管道上的第一控制閥和第二控制閥，所述第一控制閥與所述第二控制閥之間形成有料倉，所述料倉內(nèi)設(shè)有重量傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材裝置，其特征在于，還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置包括套設(shè)于所述外軸肩外壁的冷卻倉，所述冷卻倉連接有進(jìn)水管路和出水管路，所述冷卻倉的出水端設(shè)有溫度傳感器，所述冷卻倉的進(jìn)水端設(shè)有流速控制器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材裝置，其特征在于，所述攪拌工具遠(yuǎn)離刀柄一側(cè)的端面與所述外軸肩遠(yuǎn)離主體一側(cè)的端面平齊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材裝置，其特征在于，所述攪拌工具的外周壁設(shè)有螺紋，所述螺紋的螺距為3mm至10mm，所述螺紋內(nèi)徑與外徑的差為4mm至10mm；所述攪拌工具遠(yuǎn)離所述刀柄的一端設(shè)有錐體，所述錐體用于插入待增材的基板內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材裝置，其特征在于，所述攪拌工具采用工具鋼或鎳基合金或鎢錸合金。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材裝置，其特征在于，所述增材原料采用顆粒材料或粉末材料或碎屑材料或顆粒材料、粉末材料及碎屑材料的任意組合。

8.一種增材方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至5任意一項所述的增材裝置，包括以下步驟：

9.一種焊接方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至5任意一項所述的增材裝置，包括以下步驟：

10.一種缺陷修復(fù)方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至5任意一項所述的增材裝置，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及固相增材制造技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種增材裝置及增材方法、焊接方法與缺陷修復(fù)方法，包括主軸和外軸肩，外軸肩與主軸間形成有攪拌腔，攪拌腔內(nèi)設(shè)有刀柄與攪拌工具，刀柄遠(yuǎn)離攪拌工具的一端與主軸連接，攪拌腔在靠近攪拌工具的一側(cè)設(shè)有出料開口；外軸肩連接有多個進(jìn)料管道，進(jìn)料管道設(shè)有進(jìn)料控制裝置，進(jìn)料管道與攪拌腔連通以向攪拌腔內(nèi)輸入增材原料，進(jìn)料控制裝置用于控制向攪拌腔內(nèi)輸入的增材原料的配比；不同的進(jìn)料管道可以向攪拌腔內(nèi)輸入不同的增材原料，進(jìn)料控制裝置能夠控制不同增材原料進(jìn)入攪拌腔內(nèi)的份量，從而可以調(diào)整混合增材原料的配比，使得增材的適用范圍更廣，能夠更好的滿足增材、焊接以及修復(fù)的使用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：趙運強,王春桂,劉喆,鄧軍,林志成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東省科學(xué)院中烏焊接研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10