CN111151742A - 增材装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增材装置及方法，涉及固相增材技术领域。该装置包括供料部、搅拌件及承载件。供料部包括储料箱及供料杆，储料箱与供料杆连通。搅拌件具有搅拌轴，搅拌轴设有第一中空空腔，供料杆与搅拌轴同轴设置且供料杆的出料口与第一中空空腔连通。储料箱和搅拌件均与承载件连接且均随承载件的移动而移动，以使供料杆挤出的物料经搅拌轴摩擦碾压后形成增材层。该装置可实现搅拌摩擦增材的自动化过程，提高增材效率，简化增材过程。增材方法采用上述增材装置主要按以下步骤进行：将储料箱中的物料通过供料杆送出，以搅拌轴对送出的物料进行摩擦碾压。该方法具有材料适用范围广、效率高及增材层组织性能优良、高效绿色无污染、变形小等优点。

Description

增材装置及方法

技术领域

本发明涉及固相增材技术领域，具体而言，涉及一种增材装置及方法。

背景技术

增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除－切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。

传统的增材制造方法有激光增材、电弧增材、等离子增材等，在航空航天中已经有了广泛的应用。但传统的增材方法都属于熔化增材，存在变形大、增材效率低等缺点。

发明内容

本发明的目的之一包括提供一种增材装置，其可实现搅拌摩擦增材的自动化过程，提高增材效率，简化增材过程。

本发明的目的之二包括提供一种增材方法，该方法具有材料适用范围广、效率高及增材层组织性能优良、高效绿色无污染、变形小等优点。

本发明解决其技术问题可以这样实现：

本发明提供了一种增材装置，其包括供料部、搅拌件及承载件。

供料部包括储料箱及供料杆，储料箱的出料口与供料杆的进料口连通。

搅拌件具有搅拌轴，搅拌轴设有第一中空空腔，供料杆与搅拌轴同轴设置且容置于第一中空空腔内。

储料箱和搅拌件均与承载件连接且均随承载件的移动而移动，以使供料杆挤出的物料经搅拌轴的搅拌端摩擦碾压后形成增材层。

承载件由驱动装置驱动移动。

可选地，搅拌轴的壁厚为4mm-10mm。

可选地，增材装置还包括第一电机、第一联轴器、第二联轴器及皮带，第一电机与承载件连接，且第一电机的输出轴与第一联轴器连接，第二联轴器可转动地连接于承载件，第一联轴器和第二联轴器通过皮带传动连接，承载件的与第二联轴器连接的位置设有通孔，第二联轴器具有第二中空空腔，搅拌轴依次穿过通孔及第二中空空腔且第一电机用于通过第二联轴器驱动搅拌轴转动，以对容置于搅拌轴内的供料杆输出的物料进行摩擦碾压。

可选地，供料杆沿杆身的长度方向设有连续的螺旋槽。

可选地，螺旋槽的槽口深度为1mm-8mm。

可选地，相邻两个螺旋槽的槽口之间的间距为1.5mm-5mm。

可选地，储料箱设有用于加入增材物料的接口。

可选地，增材装置还包括空压机，空压机与接口连通以对储料箱进行恒压加压。

可选地，储料箱为全封闭式电阻加热箱以实时精确控制加热温度。

可选地，储料箱的材质包括陶瓷或钢铁。

可选地，增材装置还包括第二电机，第二电机设置于储料箱并与供料杆连接以驱动供料杆转动进而输出物料。

可选地，增材装置还包括连接件，连接件的一端连接于储料箱的底部，连接件的另一端穿设于第二中空空腔且具有用于限定搅拌件竖向偏移距离的限位空间。

本发明还提供了一种增材方法，采用上述增材装置主要按以下步骤进行：

将储料箱中的物料通过供料杆送出，以搅拌轴对送出的物料进行摩擦碾压。

可选地，通过连续移动承载件的位置以连续改变搅拌件及供料杆的工作位置，进而形成增材层。

可选地，加热储料箱内的增材物料，随后输送至供料杆。

可选地，加热温度为450-600℃。

可选地，加热后的物料呈热塑性状态。

进一步地，通过空压机将压缩空气通入储料箱以对储料箱内的物料进行加压进而使物料输入供料杆。

可选地，加压为恒压加压。

进一步地，当由供料杆流出的物料达到搅拌轴的搅拌端的末端时，在第一电机的作用下通过第二联轴器驱动搅拌轴转动以对供料杆输出的物料进行摩擦碾压。

本发明实施例的增材装置及方法的有益效果包括，例如：

储料箱中物料经供料杆流出，在与供料杆同轴设置的搅拌轴的搅拌作用下被摩擦碾压。当承载件由驱动装置驱动移动时，连续流出的物料被连续摩擦碾压后形成增材层。该增材装置可实现搅拌摩擦增材的自动化过程，提高增材效率，简化增材过程，同时有利于降低增材产品存在气孔的概率，减小组织晶粒大小等。对应的增材方法具有材料适用范围广、效率高及增材层组织性能优良、高效绿色无污染、变形小等优点且最终的增材层变形小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本实施例提供的增材装置的结构示意图；

图2为图1中连接件的结构示意图。

图标：1-第一电机；2-第一联轴器；3-皮带；4-承载件；5-储料箱；6-接口；7-第二电机；8-供料杆；9-搅拌件；10-第二联轴器；11-连接件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

以下通过实施例进行具体说明。

请参考图1，本实施例提供了一种增材装置，其包括供料部、搅拌件9以及承载件4。

供料部包括储料箱5及供料杆8，储料箱5的出料口与供料杆8的进料口连通。

其中，供料杆8沿杆身的长度方向设有连续的螺旋槽，螺旋槽以供料杆8的杆轴为螺旋轴盘旋设置。可参考地，螺旋槽的槽口深度可以为1mm-8mm，此处的槽口深度可以理解为螺旋槽的螺旋顶点至供料杆8的杆轴之间的距离。可选地，相邻两个螺旋槽的槽口之间的间距可以为1.5mm-5mm，此处的间距可以理解为相邻两个螺旋槽的槽口之间沿供料杆8的长度方向的垂直距离。通过设置上述螺旋槽，能够加速物料向下运动，并能使物料具有均匀的流出速度。

搅拌件9具有搅拌轴，搅拌轴内部沿其轴向设有第一中空空腔。供料杆8与搅拌轴同轴设置且供料杆8的出料口与第一中空空腔连通。可选地，供料杆8的出料口容置于上述第一中空空腔内。值得说明的是，本申请中送料杆和搅拌轴同轴设置的形式可称为同轴送料搅拌摩擦。作为可选地，搅拌轴的壁厚可以为4mm-10mm。

进一步地，储料箱5和搅拌件9均与承载件4连接且均随承载件4的移动而移动，以使供料杆8挤出的物料经搅拌轴的搅拌端摩擦碾压后形成增材层。可参考地，承载件4可以为板状(即为承载板)，其可以由驱动装置(图未示)驱动移动，驱动装置可参照现有技术，在此不做赘述。此外，也不排除承载件4由人工操作移动。

作为可选地，本申请中所用的用于增材的物料包括金属物料，例如铝材等。

作为可选地，储料箱5为全封闭式电阻加热箱以实时精确控制加热温度。储料箱5的材质例如可包括陶瓷或钢铁等。

承上，储料箱5中物料经供料杆8流出，当流至搅拌轴的搅拌端部时，搅拌轴端部的管壁平面可在搅拌作用下对物料进行摩擦碾压。当承载件4移动(例如由驱动装置驱动)时，连续流出的物料被连续摩擦碾压后形成增材层。该增材装置可实现搅拌摩擦增材的自动化过程，提高增材效率，简化增材过程。

本实施例中，增材装置还包括第一电机1、第一联轴器2、第二联轴器10及皮带3，第一电机1与承载件4连接，且第一电机1的输出轴与第一联轴器2连接，第二联轴器10可转动地连接于承载件4，第一联轴器2和第二联轴器10通过皮带3传动连接。承载件4的与第二联轴器10连接的位置设有通孔，第二联轴器10具有第二中空空腔，搅拌轴依次穿过上述通孔及第二中空空腔，第一电机1用于通过第二联轴器10驱动搅拌轴转动，以对容置于搅拌轴内的供料杆8输出的物料进行摩擦碾压。

本实施例中，通过带传动的传动方式，实现第一电机1驱动搅拌轴转动。值得说明的是，在其它实施例中，也可以是第一电机1直接驱动搅拌轴转动，或者采用链传动的方式实现驱动搅拌轴转动。可参照地，本申请中的传动轴与第二联轴器10可拆卸地连接，也即搅拌件9可根据实际需求进行更换，并且，搅拌件9的搅拌轴的直径、长度等也可以根据实际需求选用。

进一步地，储料箱5设置有用于加入增材物料的接口6。增材装置还包括空压机(图未示)，空压机与接口6连通以对储料箱5进行加压。较佳地，上述加压过程为恒压加压。

本实施例中，上述接口6可具备至少以下功能：入料和充气功能。通过空压机对储料箱5内通入压缩气体，可以加快物料流动。并且，通过控制空压机，可以实现对储料箱5的恒压力加压。

进一步地，增材装置还包括第二电机7，第二电机7设置于储料箱5并与供料杆8连接以驱动供料杆8转动(旋转)进而输出物料。

进一步地，请参照图2，增材装置还包括连接件11，连接件11的一端连接于储料箱5的底部，连接件11的另一端穿设于第二中空空腔且具有用于限定搅拌件9竖向偏移距离的限位空间。通过设置上述连接件11，一方面加强了储料箱5与承载件4之间的连接，另一方面能够有效地控制搅拌件9以及供料杆8在增材过程中的竖向位置，避免其晃动或摇摆幅度过大，影响增材质量。

此外，本发明的实施例还提供了一种增材方法，其可采用上述的增材装置主要按以下步骤进行：

将储料箱5中的物料通过供料杆8送出，以搅拌轴对送出的物料进行摩擦碾压。

在操作时，可通过连续移动承载件4的位置以连续改变搅拌件9与供料杆8的工作位置，进而形成增材层。值得说明的是，当制备多层增材层时，重复上述操作即可。

可参照地，先加热储料箱5内的增材物料，随后输送至供料杆8。其中，加热温度可设置为450-600℃，如450℃、500℃、550℃或600℃等。加热后的物料呈热塑性状态。

可参照地，通过空压机将压缩空气通过接口6通入至储料箱5以对储料箱5内的物料进行加压进而使物料输入供料杆8。上述加压优选为恒压加压。

当由供料杆8流出的物料达到搅拌轴的搅拌端的末端时，在第一电机1的作用下通过第二联轴器10驱动搅拌轴转动以对供料杆8输出的物料进行摩擦碾压。

在一些实施方式中，可以按照以下步骤操作：

步骤一：将足量铝材加入储料箱5中，并启动加热将铝材加热到热塑性状态，温度为450-600℃之间。

步骤二：启动空压机，将压缩空气通过接口6通入储料箱5中。

步骤三：启动第二电机7，将塑性态的铝材通过供料杆8连续送出。

步骤四：当塑性铝材被送出到搅拌件9的末端时，启动第一电机1，并移动整个设备，使搅拌件9的搅拌轴摩擦碾压被送出的金属。通过整个装置连续移动及铝材的连续流出，从而形成一层增材层。

步骤五：在上一增材层的基础上，重复上述步骤，从而得到多层增材层。

步骤六：关闭空压机、停止第一电机1及第二电机7，将设备复位，完成整个增材过程。

在一具体的实施方式中，可进行如下操作：

步骤一：将足量6063铝材加入储料箱5中，并启动加热将铝材加热到热塑性状态，温度为500℃。

步骤二：启动空压机，将压缩空气通过接口6通入储料箱5中。

步骤三：启动第二电机7，将塑性态的铝材通过供料杆8连续送出。

步骤四：在上一增材层的基础上，重复上述步骤，从而得到多层增材层。

步骤六：关闭空压机、停止第一电机1及第二电机7，将设备复位，完成整个增材过程。

承上，本申请提供的增材装置的工作原理包括：

物料通过接口6进入加热储料箱5内后，加热成热塑性状态输入供料杆8中，供料杆8在第一电机1以及皮带轮的驱动下高速旋转从而使物料流出至指定的位置，搅拌轴在第一电机1的驱动下旋转，以上述流出的物料进行摩擦碾压，承载件4在移动的过程中，供料杆8连续供料，搅拌轴连续摩擦碾压，最终成型出增材层，重复上述的步骤，可以在该增材层的基础上继续增材，实现多层增材层的效果。

综上所述，本申请提供的增材装置可实现搅拌摩擦增材的自动化过程，提高增材效率，简化增材过程。对应的增材方法具有材料适用范围广、效率高及增材层组织性能优良、高效绿色无污染、变形小等优点且最终的增材层变形小。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种增材装置，其特征在于，包括供料部、搅拌件及承载件；

所述供料部包括储料箱及供料杆，所述储料箱的出料口与所述供料杆的进料口连通；

所述搅拌件具有管状的搅拌轴，所述搅拌轴设有第一中空空腔，所述供料杆与所述搅拌轴同轴设置，且所述供料杆的出料口与所述第一中空空腔连通；

所述储料箱和所述搅拌件均与所述承载件连接且均随承载件的移动而移动，以使所述供料杆挤出的物料经所述搅拌轴的搅拌端摩擦碾压后形成增材层；

所述承载件由驱动装置驱动移动；

优选地，所述搅拌轴的壁厚为4mm-10mm。

2.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述增材装置还包括第一电机、第一联轴器、第二联轴器及皮带，所述第一电机与所述承载件连接，且所述第一电机的输出轴与所述第一联轴器连接，所述第二联轴器可转动地连接于所述承载件，所述第一联轴器和所述第二联轴器通过所述皮带传动连接，所述承载件的与所述第二联轴器连接的位置设有通孔，所述第二联轴器具有第二中空空腔，所述搅拌轴依次穿过所述通孔及所述第二中空空腔，所述第一电机用于通过所述第二联轴器驱动所述搅拌轴转动，以对容置于所述搅拌轴内的所述供料杆输出的物料进行摩擦碾压。

3.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述供料杆沿杆身的长度方向设有连续的螺旋槽；

优选地，所述螺旋槽的槽口深度为1mm-8mm；

优选地，相邻两个螺旋槽的槽口之间的间距为1.5mm-5mm。

4.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述储料箱设有用于加入增材物料的接口；

优选地，所述增材装置还包括空压机，所述空压机与所述接口连通以对所述储料箱进行加压；

优选地，加压为恒压加压；

优选地，所述储料箱为全封闭式电阻加热箱以实时精确控制加热温度；

优选地，所述储料箱的材质包括陶瓷或钢铁。

5.根据权利要求2所述的增材装置，其特征在于，所述增材装置还包括第二电机，所述第二电机设置于所述储料箱并与所述供料杆连接以驱动所述供料杆转动进而输出物料。

6.根据权利要求2所述的增材装置，其特征在于，所述增材装置还包括连接件，所述连接件的一端连接于所述储料箱的底部，所述连接件的另一端穿设于所述第二中空空腔且具有用于限定所述搅拌件竖向偏移距离的限位空间。

7.一种增材方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的增材装置主要按以下步骤进行：

将所述储料箱中的物料通过所述供料杆送出，以所述搅拌轴对送出的所述物料进行摩擦碾压；

优选地，通过连续移动所述承载件的位置以连续改变所述搅拌件及所述供料杆的工作位置，进而形成增材层。

8.根据权利要求7所述的增材方法，其特征在于，加热所述储料箱内的增材物料，随后输送至所述供料杆；

优选地，加热温度为450-600℃；

优选地，加热后的所述物料呈热塑性状态。

9.根据权利要求7所述的增材方法，其特征在于，通过空压机将压缩空气通入所述储料箱以对所述储料箱内的物料进行加压进而使所述物料输入所述供料杆；

优选地，加压为恒压加压。

10.根据权利要求7所述的增材方法，其特征在于，当由所述供料杆流出的物料达到所述搅拌轴的搅拌端的末端时，在,第一电机的作用下通过第二联轴器驱动所述搅拌轴转动以对所述供料杆输出的物料进行摩擦碾压。

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