CN114939715B - 一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置及方法，具体涉及一种可实现同步增材和处理的优质、高效、高可靠、大尺寸构件的连续搅拌摩擦增材制造装置及方法。该装置结构主要由第一搅拌头、第二搅拌头、搅拌摩擦增材制造基板、送丝机、增材丝组成。增材制造过程中，送丝机将增材丝材运送至中空搅拌摩擦增材头内部，在增材头旋转摩擦挤压的作用下，增材丝发生热塑性软化沉积在增材基体上，随搅拌摩擦增材制造机构沿行进方向前进一段距离，后置摩擦处理装置对两道次间未处理区进行改性处理，消除两道次弱连接缺陷等缺陷，获得大型构件大尺寸搅拌摩擦增材制造全区域界面冶金结合，实现高性能搅拌摩擦增材制造。

Description

一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置及方法

技术领域

本发明涉及一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置及方法，可实现大尺寸构件多层多道全区域搅拌摩擦增材制造，属于固相增材制造技术领域。

背景技术

搅拌摩擦增材制造是源于搅拌摩擦焊的一种新型固相增材制造方法，具有增材温度低、塑性变形剧烈、增材区组织细小及力学性能高等优点，可实现铝合金、镁合金、铜合金或钛合金等材料的高性能增材制造。目前，增材制造方法主要分为三类：板材进给式、棒材进给式和粉末进给式。板材进给式(CN113042876A)以预制板材逐层搅拌摩擦搭接焊为主要特点，搭接界面存在弱连接等缺陷，降低力学性能。棒材进给式(CN105397276A)和粉末进给式(CN113118612A)通过施加在棒材/粉末上的载荷促进增材棒材/粉末与基体产生较大的界面摩擦热，促进材料塑性流动，使热塑性材料沉积在基体上，实现搅拌摩擦增材制造。但是，当前的增材方式主要以单道多层增材构件为主，难以实现大尺寸构件多层多道增材制造，主要是由于在多层多道增材制造过程中，道次与道次之间可能存在孔洞、弱连接或冶金结合不良等缺陷。目前，仍未有效的增材制造方法解决该问题，极大地制约大尺寸构件的搅拌摩擦增材制造的发展。因此，若能开发一种适用于大尺寸构件的搅拌摩擦增材制造方法，消除多道多层界面缺陷，显得尤为必要与迫切，本发明创新性的采用了第一搅拌头摩擦增材制造与第二搅拌头摩擦处理的组合式增材方案，能够最大限度的减小了道次与道次之间存在孔洞、弱连接或冶金结合不良等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决搅拌摩擦增材制造过程中多道多层之间增材头难以覆盖全部增材区而导致的界面结合不良、弱连接和承载面积小等问题，提供一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置及方法。

本发明采用的技术方案在于；

优选的，所述一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，包括增材搅拌头和第二搅拌头所述增材搅拌头与第二搅拌头通过异轴基座连接，其特征在于：所述异轴基座上还设有协同增材搅拌头，弥补焊道孔洞的第二搅拌头。

优选的，所述的增材搅拌头与第二搅拌头设置之间设置有同步机构。

优选的，所述同步机构包括增材搅拌头转轴上套设的主动齿轮和第二搅拌头中的从动齿轮，在主动齿轮和从动齿轮的配合下增材搅拌头与第二搅拌头同步运动，主动齿轮连接在带有动力源的转轴上，转轴驱动主动齿轮转动，主动齿轮进一步的驱动从动齿轮转动，主动齿轮和从动齿轮传动比1:1；

或

所述同步机构包括增材搅拌头转轴上套设的主动带轮和第二搅拌头中的从动带轮，在主动带轮和从动带轮的配合下增材搅拌头与第二搅拌头同步运动，主动带轮连接在带有动力源的转轴上，转轴驱动主动带轮转动，主动带轮进一步的驱动从动带轮转动，主动带轮和从动带轮传动比1:1。

进一步地，所述的增材搅拌头和/或第二搅拌头上还可使用将增材丝加热至软化和塑化的增材搅拌头，并且在第一或第二搅拌头底部中空搅拌摩擦增材头旋转时也可将软化和塑化的增材丝送入焊道。

进一步地，所述增材机构包括：送丝机及带有送丝孔的转轴与中空搅拌摩擦增材头，所述送丝机设置在异轴基座上，增材丝穿过中空搅拌摩擦增材头，送入焊缝。

进一步地，未使用增材机构的搅拌头，为再处理搅拌头。

优选的，所述的增材搅拌头与再处理搅拌头横向位置偏移。

进一步地，所述的增材搅拌头包含第一搅拌头、送丝机、增材丝，所述第一搅拌头包括轴承压盖、轴承安装座、深沟球轴承、异轴基座、法兰盘、法兰压盖、转轴、主动齿轮、固相增材制造刀柄、中空搅拌摩擦增材头，轴承压盖布置在轴承安装座上方，轴承安装座布置在异轴基座上的槽中，深沟球轴承布置在轴承安装座内，法兰盘布置在异轴基座下方并通过法兰压盖限制其相对位置，既法兰压盖与异轴基座固定连接，转轴与深沟球轴承轴承连接，转轴与主动齿轮固定连接，转轴与法兰盘转动连接，转轴与固相增材制造刀柄摩擦连接，固相增材制造刀柄与中空搅拌摩擦增材头固定连接。

进一步地，所述再处理搅拌头包含第二搅拌头、搅拌摩擦增材制造基板，所述第二搅拌头包括固定转盘、再处理刀柄、从动齿轮、摩擦再处理搅拌头，固定转盘与异轴基座上轴承连接，固定转盘与从动齿轮固定连接，再处理刀柄与从动齿轮固定连接，再处理刀柄与摩擦再处理搅拌头固定连接，从动齿轮与主动齿轮相啮合。

所述一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造方法步骤如下；

S1、调节齿轮比，依据不同成分和性能的增材构件设计需求，优化异轴基座和主动齿轮与从动齿轮的齿轮比，既先根据增材材质的物理特性以及设计需求，计算出主动齿轮和从动齿轮的最优转速，在此基础上设定齿轮比，在根据齿轮比进一步的确定增材搅拌头和第二搅拌头之间距离。

S2、传送增材丝至热熔区间并使其热熔至热塑化状态，将一定尺寸且具有增材丝经送丝机送进中空搅拌摩擦增材头与搅拌摩擦增材制造基板形成的空间内，在中空搅拌摩擦增材头旋转摩擦的作用下，使搅拌摩擦增材用丝材发生软化和塑化。

S3、增材制造，经中空搅拌摩擦增材头施加的锻压力，使塑化的材料与搅拌摩擦增材制造基板发生冶金结合，旋转的中空搅拌摩擦增材头以一定的倾角和行进速度沿预定方向运动，在搅拌摩擦增材制造基板上形成长度方向的增材制造。

S4、多道次增材制造，在完成前一道增材层之后，开始进行后一道增材层搅拌摩擦增材制造，沿着宽度方向小幅移动设备，即可形成宽度方向的多道次搅拌摩擦增材制造。

S5、提高增材制造构件质量，第二搅拌头与第一搅拌头相距一定尺寸，在增材搅拌头行进方向上形成一定厚度的增材层后，第二搅拌头的轴肩与板材表面微接触且搅拌针扎入前一道与后一道之间的搅拌摩擦增材未搅拌区，两道次间材料经后置摩擦处理的充分搅拌之后，消除了道次间界面弱连接缺陷和未焊合等缺陷，形成锻造形态的细小晶粒组织，提高增材制造构件质量。

S6、重复进行步骤二、步骤三和步骤四后，可实现大型构件大尺寸增材制造全区域界面冶金结合，实现高性能搅拌摩擦增材制造。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用异轴增材且同步处理装置，通过前置送丝机连续不间断送进增材丝，在增材头的作用下，与基板接触摩擦产热并塑化，在顶锻力的作用下实现长距离增材制造；

2、摩擦处理过程中，再处理搅拌头轴线偏置且位于两道次之间，再处理搅拌头扎入增材层内部未搅拌作用区，在顶锻力与塑性流变的作用下，促进界面弥合并消除增材层界面缺陷；

3、该方法的实现可满足大型构件大尺寸全区域搅拌摩擦固相增材制造的需求；

4、该方法工序简单，生产效率高，成本低且无需保护气；

5、该方法可应用于绝大多数有色金属和黑色金属的增材制造以及局部缺陷的再制造修复，还可用于钢或钛等其他材料的表面镀铝防腐蚀等作用。

附图说明

图1是本发明所述的异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置示意图；

图2是本发明所述的第一搅拌头结构图；

图3是本发明所述的中空搅拌摩擦增材头示意图；

图4是本发明所述的第二搅拌头结构图；

图5是本发明所述的摩擦再处理搅拌头示意图；

图6是本发明所述的主动齿轮与从动齿轮结构图；

图7是本发明所述的搅拌摩擦增材制造成形系统示意图；

图中：1第一搅拌头、1-1轴承压盖、1-2轴承安装座、1-3深沟球轴承、1-4异轴基座、1-5法兰盘、1-6法兰压盖、1-7转轴、1-8主动齿轮、1-9固相增材制造刀柄、1-10中空搅拌摩擦增材头、1-10-1中空搅拌摩擦增材头轴肩、2第二搅拌头、2-1固定转盘、2-2再处理刀柄、2-3从动齿轮、2-4摩擦再处理搅拌头、2-4-1摩擦再处理搅拌头轴肩、2-4-2摩擦再处理搅拌头搅拌针、3搅拌摩擦增材制造基板、3-1前一道增材层、3-2后一道增材层、4送丝机、5增材丝。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的标记表示相同或者相似的元件，尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，所述异轴基座上还设有协同第一搅拌头，弥补焊道孔洞的第二搅拌头,1第一搅拌头旋转时可将5增材丝热熔至热塑化的状态，热塑化状态的5增材丝可在,1第一搅拌头在3搅拌摩擦增材制造基板上纵向移动时可实现搅拌摩擦增材制造，2第二搅拌头旋转时将1第一搅拌头在增材制造时未完全固化的热塑化状态的增材丝搅拌，并对增材时的焊道施加顶锻力与摩擦力，此过程消除了道次间界面弱连接缺陷和未焊合等缺陷，形成锻造形态的细小晶粒组织，提高增材制造构件质量。

实施例2：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，所述的1第一搅拌头与2第二搅拌头设置之间设置有同步机构，所述同步机构包括1第一搅拌头转轴上套设的1-8主动齿轮和第二搅拌头中的2-3从动齿轮，在1-8主动齿轮和2-3从动齿轮啮合关系的配合下1第一搅拌头与2第二搅拌头同步运动，1-8主动齿轮连接在带有动力源的转轴上，转轴驱动1-8主动齿轮转动，1-8主动齿轮进一步的驱动2-3从动齿轮转动，1-8主动齿轮和2-3从动齿轮传动比1:1；

或

所述同步机构包括1第一搅拌头转轴上套设的1-8主动带轮和1第二搅拌头中的2-3从动带轮，主动带轮和从动带轮通过皮带连接，在1-8主动带轮和2-3从动带轮的配合下1第一搅拌头与2第二搅拌头同步运动，1-8主动带轮连接在带有动力源的转轴上，转轴驱动1-8主动带轮转动，1-8主动带轮进一步的驱动2-3从动带轮转动，1-8主动带轮和2-3从动带轮传动比1:1。

设备能够在增材的过程中保证增材区域力学性能，所述异轴基座1-4、主动齿轮1-8和从动齿轮2-3主要负责连接第一搅拌头1与第二搅拌头2，保证第一搅拌头1的工作稳定性，同时通过主动齿轮1-8和从动齿轮2-3的传动，依据需求可实现第一搅拌头1与第二搅拌头2的旋转速度和压入量的协调匹配，保证增材区域力学性能。

实施例3：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，所述的第一搅拌头和/或第二搅拌头上还可使用将增材丝加热至软化和塑化的增材搅拌头，并且在第一或第二搅拌头底部的1-10中空搅拌摩擦增材头旋转时也可将软化和塑化的增材丝送入焊道。设备能够实现长距离增材制造，在增材制造过程中，送丝机4将增材丝5源源不断地送入中空搅拌摩擦增材头1-10内部，给1-8主动齿轮施加动力，1-8主动齿轮通过1-9固相增材制造刀柄带动1-10中空搅拌摩擦增材头旋转，在摩擦热与顶锻力的作用下，使增材丝5热塑化且在塑性流动的作用下，实现在搅拌摩擦增材制造基板3上固定位置的增材。

实施例4：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，所述增材机构包括：4送丝机及带有送丝孔的1-7转轴与1-10中空搅拌摩擦增材头，所述4送丝机设置在1-4异轴基座上，5增材丝穿过1-10中空搅拌摩擦增材头，送入焊缝。

实施例5：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，所述1-8主动齿轮和2-3从动齿轮更换成1-8主动带轮和2-3从动带轮，在两个带轮上安装有传动皮带，通过主动带轮带动1-9固相增材制造刀柄旋转，1-9固相增材制造刀柄旋转带动-10中空搅拌摩擦增材头旋转，通过2-3从动带轮带动2-4摩擦再处理搅拌头旋转旋转，此过程也可实现增材头与搅拌头的同步旋转，设备能够在摩擦处理过程中，促进界面弥合并消除增材层界面缺陷，依据增材层厚度变化可适当调节搅拌针2-4-2的长度。摩擦处理过程中，摩擦再处理搅拌头轴肩2-4-1与道次间未充分搅拌区域的材料接触并摩擦产热，在顶锻力与塑性流变的作用下，促进该未充分搅拌区域的完全冶金结合。通过以上装置的联合使用，可实现大尺寸构件增材全区域的冶金结合和高性能搅拌摩擦增材制造。

实施例6：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，所述的增材搅拌头包含1第一搅拌头、4送丝机、5增材丝，所述第一搅拌头包括1-1轴承压盖、1-2轴承安装座、1-3深沟球轴承、1-4异轴基座、1-5法兰盘、1-6法兰压盖、1-7转轴、1-8主动齿轮、1-9固相增材制造刀柄、1-10中空搅拌摩擦增材头，1-1轴承压盖布置在1-2轴承安装座上方，1-2轴承安装座布置在1-4异轴基座上的槽中，1-3深沟球轴承布置在1-2轴承安装座内，1-5法兰盘布置在1-4异轴基座下方并通过1-6法兰压盖限制其相对位置，既1-6法兰压盖与1-4异轴基座固定连接，1-7转轴与1-3深沟球轴承轴承连接，1-7转轴与1-8主动齿轮固定连接，1-7转轴与1-5法兰盘转动连接，1-7转轴与1-9固相增材制造刀柄摩擦连接，1-9固相增材制造刀柄与1-10中空搅拌摩擦增材头固定连接，设备能够将5增材丝热熔至热塑化的状态，热塑化状态的5增材丝作为增材原材料，1第一搅拌头在3搅拌摩擦增材制造基板上纵向移动时可实现实现搅拌摩擦增材制造，1-7转轴与1-9固相增材制造刀柄摩擦产生热量，1-9固相增材制造刀柄同时还带动1-10中空搅拌摩擦增材头旋转，将4送丝机传送至1-7转轴中的5增材丝，加热至热塑化状态，热塑化状态的增材丝在摩擦热与离心力的作用被均匀的布置在3搅拌摩擦增材制造基板上，经过冷却后即可实现增材。

实施例7：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，未使用增材机构的搅拌头，为再处理搅拌头，所述再处理搅拌头包含2第二搅拌头、3搅拌摩擦增材制造基板，所述第二搅拌头包括2-1固定转盘、2-2再处理刀柄、2-3从动齿轮、2-4摩擦再处理搅拌头，2-1固定转盘与1-4异轴基座上轴承连接，2-1固定转盘与2-3从动齿轮固定连接，2-2再处理刀柄与2-3从动齿轮固定连接，2-2再处理刀柄与2-4摩擦再处理搅拌头固定连接，2-3从动齿轮与1-8主动齿轮相啮合，摩擦处理过程中，再处理搅拌头轴线偏置且位于两道次之间，再处理搅拌头扎入增材层内部未搅拌作用区，在顶锻力与塑性流变的作用下，促进界面弥合并消除增材层界面缺陷，1-8主动齿轮旋转带动2-3从动齿轮旋转，2-3从动齿轮旋转带动2-2再处理刀柄旋转，2-2再处理刀柄旋转带动2-4摩擦再处理搅拌头旋转，2-4摩擦再处理搅拌头旋转时在2-4-1摩擦再处理搅拌头轴肩、2-4-2摩擦再处理搅拌头搅拌针的作用下，可将1第一搅拌头增材时热塑化状态下都得增材丝进一步被搅拌，使其被摩擦处理，在顶锻力与塑性流变的作用下，促进界面弥合并消除增材层界面缺陷。

实施例8：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置，第二搅拌头2与第一搅拌头1相距一定尺寸，在第一搅拌头1行进方向上形成一定厚度的增材层3-1后，第二搅拌头的轴肩2-4-1与板材表面微接触且搅拌针2-4-2扎入前一道3-1与后一道3-2之间的搅拌摩擦增材未搅拌区。两道次间材料经后置摩擦处理的充分搅拌之后，消除了道次间界面弱连接缺陷和未焊合等缺陷，形成锻造形态的细小晶粒组织，提高增材制造构件质量，设备能够使两道次间紧密接触，降低两道次间材料的损失量，形成宽度方向的多道次搅拌摩擦增材制造，依据不同成分和性能的增材构件设计需求，优化异轴基座1-4和主动齿轮1-8与从动齿轮2-3的齿轮比，实现第一搅拌头1和第二搅拌头2之间距离和转速的合理分配，将一定尺寸且具有特殊合金成分的搅拌摩擦增材制造专用丝材5经送丝机4送进中空搅拌摩擦增材头1-10与搅拌摩擦增材制造基板3形成的空间内，在中空搅拌摩擦增材头1-10旋转摩擦的作用下，使搅拌摩擦增材用丝材5发生软化和塑化，经中空搅拌摩擦增材头1-10施加的锻压力，使塑化的材料与搅拌摩擦增材制造基板3发生冶金结合，旋转的中空搅拌摩擦增材头1-10以一定的倾角和行进速度沿预定方向运动，在搅拌摩擦增材制造基板3上形成长度方向的增材制造，在完成前一道增材层3-1之后，开始进行后一道增材层3-2搅拌摩擦增材制造，前一道增材层3-1中心线与后一道增材层3-2中心线偏移一定的距离，使两道次间紧密接触，降低两道次间材料的损失量，形成宽度方向的多道次搅拌摩擦增材制造。

实施例9：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本实施方式为一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造方法，该方法工序简单，生产效率高，成本低且无需保护气；该方法可应用于绝大多数有色金属和黑色金属的增材制造以及局部缺陷的再制造修复，还可用于钢或钛等其他材料的表面镀铝防腐蚀等作用。

所述一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置及方法，具体的增材制造步骤如下：

S1、依据不同成分和性能的增材构件设计需求，优化异轴基座和主动齿轮与从动齿轮的齿轮比，既先根据增材材质的物理特性以及设计需求，计算出主动齿轮和从动齿轮的最优转速，在此基础上设定齿轮比，在根据齿轮比进一步的确定增材搅拌头和第二搅拌头之间距离。

例如，铝合金熔点与耐磨性较低可以将主动齿轮设定为1500r/min将从动齿轮设定为1500r/min，既齿轮比1：1；铜合金熔点与铝合金熔点相差较大，但耐磨性较高，可以将主动齿轮设定为1500r/min，从动齿轮定为2500r/min，既齿轮比3：5。

S2、将一定尺寸且具有特殊合金成分的搅拌摩擦增材制造专用丝材经送丝机送进中空搅拌摩擦增材头与搅拌摩擦增材制造基板形成的空间内，在中空搅拌摩擦增材头旋转摩擦的作用下，使搅拌摩擦增材用丝材发生软化和塑化。

例如，将1mm直径的铅丝或者铝丝，送入中空搅拌摩擦增材头中，中空搅拌摩擦增材头中高速旋转摩擦产生的热量就可使增材丝软化和塑化。

S3、经中空搅拌摩擦增材头施加的锻压力，使塑化的材料与搅拌摩擦增材制造基板发生冶金结合。旋转的中空搅拌摩擦增材头以一定的倾角和行进速度沿预定方向运动，在搅拌摩擦增材制造基板上形成长度方向的增材制造。

例如，增材丝直径在0.5～10mm之间，可为铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等有色金属；中空搅拌摩擦增材头旋转速度在30～3000rpm之间，行进速度在5～1000mm/min之间，倾角在0～5°之间，增材道次间距为中空搅拌摩擦增材头轴肩尺寸的0.5～1.5倍，单层增材厚度在0.2～5mm之间。

S4、在完成前一道增材层之后，开始进行后一道增材层搅拌摩擦增材制造，前一道增材层中心线与后一道增材层中心线偏移一定的距离，使两道次间紧密接触，降低两道次间材料的损失量，形成宽度方向的多道次搅拌摩擦增材制造。

例如，单道次增材宽度为5mm，后一道次横向偏移4mm，这样既形成了1mm的增材层搭接，又能够控制两道次间材料的损失量，并避免道次间界面弱连接缺陷。

S5、第二搅拌头与第一搅拌头相距一定尺寸，在增材搅拌头行进方向上形成一定厚度的增材层后，第二搅拌头的轴肩与板材表面微接触且搅拌针扎入前一道与后一道之间的搅拌摩擦增材未搅拌区。两道次间材料经后置摩擦处理的充分搅拌之后，消除了道次间界面弱连接缺陷和未焊合等缺陷，形成锻造形态的细小晶粒组织，提高增材制造构件质量。

S6、重复进行步骤二、步骤三和步骤四后，可实现大型构件大尺寸增材制造全区域界面冶金结合，实现高性能搅拌摩擦增材制造。

进一步地，所述的一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置中，第一搅拌头与后置摩擦再处理机构的距离在50～500mm之间，主动齿轮与从动齿轮之间齿轮比在5:1～1:5之间。

进一步地，所述的一种异轴增材且同步处理的搅拌摩擦固相增材制造装置中，第二搅拌头轴肩直径为前置中空搅拌摩擦增材头轴肩直径0.5～1.5倍，搅拌针直径为两道次间距的0.2～1.0倍，搅拌针长度为搅拌摩擦增材层厚度的0～5倍，旋转速度在30～3000rpm之间，行进速度与前置中空搅拌摩擦增材头保持一致，实现同步运动。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，包括第一搅拌头和第二搅拌头，所述第一搅拌头与第二搅拌头通过异轴基座连接，其特征在于：所述异轴基座上设有协同第一搅拌头，弥补焊道孔洞的第二搅拌头；所述的第一搅拌头与第二搅拌头横向位置偏移；

所述的第一搅拌头与第二搅拌头设置之间设置有同步机构；

所述同步机构包括第一搅拌头转轴上套设的主动齿轮和第二搅拌头中的从动齿轮，在主动齿轮和从动齿轮啮合关系的配合下第一搅拌头与第二搅拌头同步运动，主动齿轮连接在带有动力源的转轴上，转轴驱动主动齿轮转动，主动齿轮进一步的驱动从动齿轮转动，主动齿轮和从动齿轮传动比1:1；

或

所述同步机构包括第一搅拌头转轴上套设的主动带轮和第二搅拌头中的从动带轮，主动带轮和从动带轮通过皮带连接，在主动带轮和从动带轮的配合下第一搅拌头与第二搅拌头同步运动，主动带轮连接在带有动力源的转轴上，转轴驱动主动带轮转动，主动带轮进一步的驱动从动带轮转动，主动带轮和从动带轮传动比1:1。

2.根据权利要求1所述的一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：所述的第一搅拌头和/或第二搅拌头上还可使用将增材丝加热至软化和塑化的增材机构，并且在第一或第二搅拌头底部的中空搅拌摩擦增材头旋转时也可将软化和塑化的增材丝送入焊道。

3.根据权利要求2所述的一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于；所述增材机构包括：送丝机及带有送丝孔的转轴与中空搅拌摩擦增材头，所述送丝机设置在异轴基座上，增材丝穿过中空搅拌摩擦增材头，送入焊缝。

4.根据权利要求3所述的一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于；未使用增材机构的搅拌头，为再处理搅拌头_。

5.根据权利要求4所述的一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于；所述第一搅拌头包括轴承压盖、轴承安装座、深沟球轴承、异轴基座、法兰盘、法兰压盖、转轴、主动齿轮、固相增材制造刀柄和中空搅拌摩擦增材头，轴承压盖布置在轴承安装座上方，轴承安装座布置在异轴基座上的槽中，深沟球轴承布置在轴承安装座内，法兰盘布置在异轴基座下方并通过法兰压盖限制其相对位置，即法兰压盖与异轴基座固定连接，转轴与深沟球轴承连接，转轴与主动齿轮固定连接，转轴与法兰盘转动连接，转轴与固相增材制造刀柄摩擦连接，固相增材制造刀柄与中空搅拌摩擦增材头固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种异轴增材且同步处理搅拌摩擦增材制造装置，其特征在于：所述再处理搅拌头包含第二搅拌头、搅拌摩擦增材制造基板，所述第二搅拌头包括固定转盘、再处理刀柄、从动齿轮、摩擦再处理搅拌头，固定转盘与异轴基座上轴承连接，固定转盘与从动齿轮固定连接，再处理刀柄与从动齿轮固定连接，再处理刀柄与摩擦再处理搅拌头固定连接，从动齿轮与主动齿轮相啮合。

7.一种使用权利要求1-6任意一项所述装置进行搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、调节齿轮比，依据不同成分和性能的增材构件设计需求，优化异轴基座和主动齿轮与从动齿轮的齿轮比，即先根据增材材质的物理特性以及设计需求，计算出主动齿轮和从动齿轮的最优转速，在此基础上设定齿轮比，在根据齿轮比进一步的确定第一搅拌头和第二搅拌头之间距离；

S2、传送增材丝至热熔区间并使其热熔至热塑化状态，将一定尺寸的增材丝经送丝机送进中空搅拌摩擦增材头与搅拌摩擦增材制造基板形成的空间内，在中空搅拌摩擦增材头旋转摩擦的作用下，使搅拌摩擦增材用丝材发生软化和塑化；

S3、增材制造，经中空搅拌摩擦增材头施加的锻压力，使塑化的材料与搅拌摩擦增材制造基板发生冶金结合，旋转的中空搅拌摩擦增材头以一定的倾角和行进速度沿预定方向运动，在搅拌摩擦增材制造基板上形成长度方向的增材制造；

S4、多道次增材制造，在完成前一道增材层之后，开始进行后一道增材层搅拌摩擦增材制造，沿着宽度方向小幅移动设备，即可形成宽度方向的多道次搅拌摩擦增材制造；

S5、提高增材制造构件质量，第二搅拌头与第一搅拌头相距一定尺寸，在增材搅拌头行进方向上形成一定厚度的增材层后，第二搅拌头的轴肩与板材表面微接触且搅拌针扎入前一道与后一道之间的搅拌摩擦增材未搅拌区，两道次间材料经后置摩擦处理的充分搅拌之后，消除了道次间界面弱连接缺陷和未焊合缺陷，形成锻造形态的细小晶粒组织，提高增材制造构件质量；

S6、重复进行步骤二、步骤三和步骤四后，可实现大型构件大尺寸增材制造全区域界面冶金结合，实现高性能搅拌摩擦增材制造。

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