[發明專利]一種基于攪拌摩擦連接-微熔滴復合增材制造的方法和裝置

有效

• 申請號: 201710816919.1
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107584122B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 左立生;左敦穩;朱永成;葉趙偉;侯源君;郭燕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B23K20/12;B23K20/10;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

1.一種基于攪拌摩擦連接-微熔滴復合的增材制造方法，其特征在于它包括以下步驟：

1）根據所需增材制造加工零件的三維模型，采用切片法將零件分為若干層，從下往上，分別記作第1,2,3，···，n層，其中奇數層采用金屬板材，偶數層采用微熔滴層進行增材制造，第一層和第n層均為金屬板材；將第一層金屬板材（5）放置在基板（11）上面，啟動夾具系統，將第一層金屬板材（5）固定，基板（11）通過螺栓固定在五軸數控工作臺（12）上；

2）通過計算機（1）控制微熔滴噴射系統（6）的溫度，使金屬熔化成熔態金屬（7），啟動輔助加熱裝置（13）對基板（11）進行加熱，根據每層所需微熔滴（8）的容量，通過計算機（1）控制微熔滴（8）的大小和噴射速度，將微熔滴（8）按照一定的運動軌跡噴射在第一層金屬板材（5）上；

3）微熔滴（8）噴射完畢后，通過控制器（2）松開夾具系統，即松開多個夾具夾頭（14），通過機械手臂（3）末端的執行機構吸附裝置（4）將第二層金屬板材（5）吸起，在定位系統（9）的定位作用下，將第二層金屬板材（5）放置在所需位置，然后；對金屬板材（5）施加一定的壓力，使微熔滴（8）平攤開，達到由切片分層所設定的第一層微熔滴層的厚度；啟動夾具系統，將第二層金屬板材（5）裝夾在微熔滴層上面，控制五軸數控工作臺（12）運動，采用攪拌摩擦裝置（15）按照預定軌跡進行板材-微熔滴層-板材的攪拌摩擦連接；

4）攪拌摩擦連接完成后，重復執行步驟2）和3），實現金屬板材和微熔滴層的逐層堆積制造。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征是在微熔滴（8）噴射時啟動超聲振動裝置（10），以提高微熔滴（8）在金屬板材上平攤的均勻性和平攤速率。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征是在攪拌摩擦裝置（15）工作時啟動超聲振動裝置（10），以提高攪拌摩擦焊接性能。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征是第二層金屬板材（5）放置在微熔滴（8）上后通過吸附裝置（4）對金屬板材（5）施加一定的壓力，使微熔滴（8）平攤開。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的微熔滴（8）噴射運動軌跡為連續的“S”形結構或不連續的點狀分布。

6.一種基于攪拌摩擦連接-微熔滴復合增材制造裝置，其特征是它包括

一控制系統；所述控制系統由計算機（1）和控制器（2）組成，并與其余系統電氣連接；

一工裝夾具系統；所述工裝夾具系統由基板（11）、超聲振動裝置（10）、輔助加熱裝置（13）和多個夾具夾頭（14）組成，每個夾具夾頭（14）能獨立工作，所述的超聲振動裝置（10）位于基板正上方，可以通過控制系統對其空間位置進行控制，主要用來輔助加速微熔滴（8）的平鋪和增強攪拌摩擦連接的結合性能，所述輔助加熱裝置（13）位于基板（11）的內部，用來保持基板（11）和金屬板材（5）的溫度，保證微熔滴（8）在落到金屬板材（5）上還呈現出軟化狀態；

一金屬板材輸送系統；所述金屬板材輸送系統由機械手臂（3），吸附裝置（4）和定位裝置（9）組成，所述的吸附裝置（4）位于機械手臂（3）的執行末端，用來吸附金屬板材（5），所述的定位裝置（9）與控制系統相連接，與機械手臂（3）和吸附裝置（4）共同控制金屬板材（5）的下放位置，滿足每層金屬板材（5）的不同位置需要；

一微熔滴噴射系統和攪拌摩擦連接系統；所述的微熔滴噴射系統由微熔滴噴射裝置（6）、熔態金屬（7）和微熔滴（8）組成；所述的攪拌摩擦連接系統由五軸數控工作臺（12）和攪拌摩擦裝置（15）組成。