CN115106641B - 一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置及加工方法，电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，包括可旋转的搅拌头，搅拌头下方设置有基板，基板上设置有增材层和待增材材料：裙式轴肩，设置在搅拌头靠近基板侧，裙式轴肩与待增材材料固结段接触、碾压搅拌在基板上形成增材层；电磁线圈，设置在搅拌头内部靠近基板的一侧，驱动待增材材料高速撞击增材层发生冶金结合。加工方法包括步骤S1‑S4。本发明在搅拌头内设有电磁线圈，送料模块将待增材材料送入增材材料电磁脉冲固结区后，搅拌头内置的电磁线圈将待增材材料或片状材料固结在基板或已增材的基体上，再利用搅拌头将固结的材料进一步碾压塑化形成增材层。

Description

一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置及加工方法
技术领域
本发明涉及增材加工技术领域，具体涉及一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置及加工方法。
背景技术
搅拌摩擦增材制造(Firction Stir Additive Manufacturing, FSAM)是基于摩擦焊原理开发出的新型固相增材制造技术，该技术利用逐层堆叠和摩擦挤压塑性变形加工原理实现金属沉积过程。目前主要采用搅拌头中空进料的方式进行增材加工。当增材原料为待增材材料时，由于待增材材料不能较好的与基材产生摩擦，因此通常会产生未连接等缺陷。现有技术中采用搅拌摩擦增材装置进行增材时，其原材料为待增材材料；当搅拌头转速较低时，不能与基材产生充分的摩擦，导致待增材材料塑化困难，成形较差，因此通常会产生未连接等缺陷。而当搅拌头转速较高时，产生大量的热会降低材料的性能，影响最后的成形效果。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置及加工方法，可以较好地消除搅拌摩擦增材过程中因摩擦不充分而产生的未连接等缺陷。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，包括可旋转的搅拌头，所述搅拌头下方设置有基板，所述基板上设置有增材层和待增材材料：
裙式轴肩，设置在搅拌头靠近基板侧，所述裙式轴肩与已固结的增材材料接触，并对增材材料进行碾压、搅拌形成增材层；
电磁线圈，设置在所述搅拌头内部靠近基板的一侧，驱动待增材材料高速撞击增材层发生冶金结合，使待增材材料固结在上一层增材层上。
进一步地，裙式轴肩的下端设置有向下开口的环形凹槽，所述环形凹槽的截面为弧形结构。
进一步地，搅拌头的底面上设置有若干电磁线圈，所述搅拌头的底面与增材所需的待增材材料接触，所述电磁线圈与供电系统电连接；
所述供电系统包括电容C，所述电磁线圈通过导线与电容C的两端连接，所述电容C与变压器并联，所述电容C与电磁线圈之间的导线上依次设置有电阻R、电感L和开关，所述电容C与变压器之间设置有二极管VD。
进一步地，搅拌头外部的导线通过电刷与搅拌头内部的导线连接，且电刷安装在搅拌头的外壁上。
进一步地，还包括设置在基板旁的送料模块，所述送料模块旁设置有卷料架，且送料模块设置在基板与卷料架之间；所述送料模块包括送料驱动轮，所述送料驱动轮与电机的转轴传动连接，所述送料驱动轮的上方设置有送料从动轮，所述送料驱动轮和送料从动轮均转动设置在支撑架上，所述电机安装在支撑架上，所述送料驱动轮和送料从动轮上设置有若干用于嵌入待增材材料的凹槽，所述送料驱动轮与基板之间设置有支撑待增材材料的导轮，所述导轮转动设置在导轮支架上。
提供一种利用上述电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置对增材材料电磁脉冲固结区进行增材加工的方法，其包括以下步骤：
A1：将需要增材的基板放置在加工平台上，搅拌头设置在基板的上方，并且使裙式轴肩倾斜；
A2：利用送料模块将增材所需的增材材料送至基板与搅拌头之间，电磁线圈通电，驱动待增材材料高速撞击基板并与基板发生冶金结合形成增材材料电磁脉冲固结区；
A3：旋转驱动装置驱动搅拌头以设定的速度V旋转，裙式轴肩接触增材材料电磁脉冲固结区的上表面并挤压搅拌待增材材料形成增材层；
A4：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，利用热成像相机，对增材材料电磁脉冲固结区进行检测，并实时调节旋转速度、对待增材材料的顶锻力和增材时间，使增材材料电磁脉冲固结区形成符合要求的增材层；步骤A4包括：
A41：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，利用热成像相机，拍摄增材材料电磁脉冲固结区产生的第一热成像图像；
A43：将第一热成像图像沿着增材材料牵引方向均分分割成若干第一子图像，利用图片中每个像素对应的温度值tn'，计算每块第一子图像所对应的温度值Tn'：Tn'=（t1'+t2'+···+ta'）/a'，其中，a'为每个第一子图像中包含的像素个数，ta'为每个第一子图像中每个像素对应的温度值；
A44：将每块第一子图像对应的温度值Tn'与温度阈值T阈值'进行比较；
若温度值Tn' ≥温度阈值T阈值'，则判定该第一子图像对应的位置已经固结成功；
若温度值Tn'＜温度阈值T阈值'，则电磁线圈放电，驱动待增材材料形成新的固结区。
提供一种利用上述电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置进行增材加工的方法，其包括以下步骤：
S1：将增材所需的待增材材料通过送料模块牵引到基板上，使搅拌头的下端边沿将待增材材料的端部压在基板上；
S2：待增材材料紧贴搅拌头的底面进行过渡，旋转装置驱动搅拌头进行旋转，搅拌头的裙式轴肩的边沿对待增材材料进行摩擦和挤压，使待增材材料与基板的接触部位塑化形成增材层；
S3：关闭开关，电流经由电刷进入电磁线圈，电磁线圈周围产生磁场；同时，通过电磁感应，待增材材料表面产生涡流，进而产生另一个极性相反的磁场；通过这两个极性相反磁场的相互作用，对待增材材料施加电磁力，使其高速撞击固结在基板上，使待增材材料与基板固态连接；
S4：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，通过搅拌头的旋转摩擦挤压，并通过环形凹槽边沿的刮动，利用热成像相机，对搅拌头旋转摩擦产生的温度进行监控，调整搅拌头对待增材材料的挤压力和摩擦时间，使与基板固态连接的待增材材料固定段行成符合要求的增材层。
进一步地，步骤S4包括：
S41：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，通过搅拌头的旋转摩擦挤压，并通过环形凹槽边沿的刮动；
S42：利用热成像相机，拍摄搅拌头对待增材材料旋转摩擦产生的第二热成像图像；
S43：将第二热成像图像均分分割成若干第二子图像，利用照片中每个像素对应的温度值tn，计算每块第二子图像所对应的温度值Tn：Tn=（t1+t2+···+ta）/a，其中，a为每个第二子图像中包含的像素个数，ta为每个第二子图像中每个像素对应的温度值；
S44：将每块第二子图像对应的温度值Tn与温度阈值T阈值进行比较；
若温度值Tn≥温度阈值T阈值，则判定该第二子图像对应的位置已经增材成功；
若温度值Tn＜温度阈值T阈值，则判定该第二子图像对应的位置已经增材成功；
S45：统计第二热成像图像上增材成功的第二子图像个数S，将增材成功的第二子图像个数S与阈值S阈值进行比较；
若S≥S阈值，则判定该位置待增材材料已经完全形成增材层，搅拌头向后移动到下一位置对待增材材料进行增材加工；
若S＜S阈值，则判定该位置待增材材料未完全形成增材层，执行步骤S46；
S46：增加搅拌头的旋转速度，间隔若干时间后，返回步骤S42，重新对该位置是否增材成功进行监控；
若该位置依然未完全形成增材层，则增加搅拌头对待增材材料的挤压力，再返回步骤S42；
直到该位置待增材材料已经完全形成增材层，搅拌头向后移动到下一位置对待增材材料进行增材加工。
本发明的有益效果为：本发明在搅拌头内设有电磁线圈，送料模块将待增材材料送入增材材料电磁脉冲固结区后，搅拌头内置的电磁线圈将待增材材料或片状材料固结在基板或已增材的基体上，再利用搅拌头将固结的材料进一步碾压塑化形成增材层。通过裙式结构的搅拌头中的裙式轴肩对已经固结的一端进行搅拌摩擦增材；搅拌摩擦作用形成的高塑性金属和摩擦热能够进一步消除增材过程中产生的缺陷，使增材单元层之间的结合更加紧密。
从卷料架输出的待增材材料进入送料模块后，以送料驱动轮和送料从动轮为驱动力，通过导轮进入增材材料电磁脉冲固结区，实现自动化的加工模式。并且通过热成像技术对挤压摩擦的每个加工点进行监控，确保每个加工点均形成满足加工要求的增材层，并且在加工的过程中可实现实时监控和调整，确保加工区域内摩擦产生的温度能达到塑化的要求。
附图说明
图1为电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置的结构图。
图2为增材材料与电磁线圈相互之间作用的示意图。
图3为增材材料与电磁线圈相互之间作用完成的示意图。
图4为卷料架、送料模块和增材加工装置的结构图。
图5为送料模块的结构图。
图6为增材材料电磁脉冲固结区的示意图。
其中，1、连接端；101、裙式轴肩；2、供电系统；3、电刷；4、电磁线圈；5、待增材材料；501、增材材料电磁脉冲固结区；6、增材层；7、基板；8、丝材；9、送料模块；901、电机；902、送料驱动轮；903、送料从动轮；904、导轮支架；905、导轮；10、卷料架。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
如图1至图6所示，本方案的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置包括基板7，基板7的上方倾斜设置的搅拌头，搅拌头的上端设置有连接端1，连接端1安装在旋转装置上，搅拌头的下端为上小下大的裙式轴肩101，裙式轴肩101的下端设置有向下开口的环形凹槽，环形凹槽的截面为弧形结构；搅拌头的底面上设置有若干电磁线圈4，搅拌头的底面与增材所需的待增材材料5接触，电磁线圈4与供电系统2电连接；供电系统2包括电容C，通过导线与电容C的两端连接，电容C与变压器并联，电容C与电磁线圈4之间的导线上依次设置有电阻R、电感L和开关，电容C与变压器之间设置有二极管VD。
基板7旁设置有送料模块9，送料模块9旁设置有卷料架10，且送料模块9设置在基板7与卷料架10之间；送料模块9包括送料驱动轮902，送料驱动轮902与电机901的转轴传动连接，送料驱动轮902的上方设置有送料从动轮903，送料驱动轮902和送料从动轮903均转动设置在支撑架上，电机901安装在支撑架上，送料驱动轮902和送料从动轮903上设置有若干用于嵌入待增材材料5的凹槽，送料驱动轮902与基板7之间设置有支撑待增材材料5的导轮905，导轮905转动设置在导轮905支架904上。
本实施例中，增材材料可采用丝材8，卷料架10上存储丝材8，通过送料模块9将丝材8输送到基板上，实现自动增材加工过程。
搅拌头外部的导线通过电刷3与搅拌头内部的导线连接，且电刷3安装在搅拌头的外壁上。
实施例2
如图1至图5所示，本方案的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置包括基板7，基板7的上方倾斜设置的搅拌头，搅拌头的上端设置有连接端1，连接端1安装在旋转装置上，搅拌头的下端为上小下大的裙式轴肩101，裙式轴肩101的下端设置有向下开口的环形凹槽，环形凹槽的截面为弧形结构；搅拌头的底面上设置有若干电磁线圈4，搅拌头的底面与增材所需的待增材材料5接触，电磁线圈4与供电系统2电连接；供电系统2包括电容C，通过导线与电容C的两端连接，电容C与变压器并联，电容C与电磁线圈4之间的导线上依次设置有电阻R、电感L和开关，电容C与变压器之间设置有二极管VD。搅拌头外部的导线通过电刷3与搅拌头内部的导线连接，且电刷3安装在搅拌头的外壁上。
本发明在搅拌头内设有电磁线圈4，送料模块9将待增材材料5送入增材材料电磁脉冲固结区501后，搅拌头内置的电磁线圈4将待增材材料5或片状材料固结在基板7或已增材的基体上，再利用搅拌头将固结的材料进一步碾压塑化形成增材层6。通过裙式结构的搅拌头中的裙式轴肩对已经固结的一端进行搅拌摩擦增材；搅拌摩擦作用形成的高塑性金属和摩擦热能够进一步消除增材过程中产生的缺陷，使增材单元层之间的结合更加紧密。
基板7旁设置有送料模块9，送料模块9旁设置有卷料架10，且送料模块9设置在基板7与卷料架10之间；本实施例中，增材材料可采用片材，卷料架10上存储片材，通过送料模块9将片材输送到基板上，实现自动增材加工过程。
本方案中，利用上述电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置对增材材料电磁脉冲固结区501进行增材加工的方法，包括以下步骤：
A1：将需要增材的基板7放置在加工平台上，搅拌头设置在基板7的上方，并且使裙式轴肩101倾斜；
A2：利用送料模块9将增材所需的增材材料送至基板7与搅拌头之间，电磁线圈4通电，驱动待增材材料高速撞击基板7并与基板7发生冶金结合形成增材材料电磁脉冲固结区501；
A3：旋转驱动装置驱动搅拌头以设定的速度V旋转，裙式轴肩101接触增材材料电磁脉冲固结区501的上表面并挤压搅拌待增材材料5形成增材层6；
A4：搅拌头顺着待增材材料5的牵引方向移动，利用热成像相机，对增材材料电磁脉冲固结区501进行检测，并实时调节旋转速度、对待增材材料5的顶锻力和增材时间，使增材材料电磁脉冲固结区501形成符合要求的增材层6；步骤A4包括：
A41：搅拌头顺着待增材材料5牵引方向移动，利用热成像相机，拍摄增材材料电磁脉冲固结区501产生的第一热成像图像；
A43：将第一热成像图像沿着待增材材料牵引方向均分分割成若干第一子图像，利用图片中每个像素对应的温度值tn'，计算每块第一子图像所对应的温度值Tn'：Tn'=（t1'+t2'+···+ta'）/a'，其中，a'为每个第一子图像中包含的像素个数，ta'为每个第一子图像中每个像素对应的温度值；
A44：将每块第一子图像对应的温度值Tn'与温度阈值T阈值'进行比较；
若温度值Tn' ≥温度阈值T阈值'，则判定该第一子图像对应的位置已经固结成功；
若温度值Tn'＜温度阈值T阈值'，则电磁线圈4放电，驱动待增材材料5形成新的增材材料电磁脉冲固结区501。
利用上述电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置进行增材加工的方法，其包括以下步骤：
S1：将增材所需的待增材材料5通过送料模块9牵引到基板7上，使搅拌头的下端边沿将待增材材料5的端部压在基板7上；
S2：待增材材料5紧贴搅拌头的底面进行过渡，旋转装置驱动搅拌头进行旋转，搅拌头的裙式轴肩101的边沿对待增材材料5进行摩擦和挤压，使待增材材料5与基板7的接触部位塑化形成增材层6；
S3：关闭开关，电流经由电刷3进入电磁线圈4，电磁线圈4周围产生磁场；同时，通过电磁感应，待增材材料5表面产生涡流，进而产生另一个极性相反的磁场；通过这两个极性相反磁场的相互作用，对待增材材料5施加电磁力，使其高速撞击固结在基板7上，使待增材材料5与基板7固态连接；
S4：搅拌头顺着待增材材料5牵引方向移动，通过搅拌头的旋转摩擦挤压，并通过环形凹槽边沿的刮动，利用热成像相机，对搅拌头旋转摩擦产生的温度进行监控，调整搅拌头对待增材材料5的挤压力和摩擦时间，使与基板7固态连接的待增材材料固定段5行成符合要求的增材层6。
步骤S4包括：
S41：搅拌头顺着待增材材料5牵引方向移动，通过搅拌头的旋转摩擦挤压，并通过环形凹槽边沿的刮动；
S42：利用热成像相机，拍摄搅拌头对待增材材料5旋转摩擦产生的热成像图像；
S43：将热成像图像均分分割成若干子图片，利用照片中每个像素对应的温度值tn，计算每块子图像所对应的温度值Tn：Tn=（t1+t2+···+ta）/a，其中，a为每个子图片中包含的像素个数，ta为每个子图片中每个像素对应的温度值；
S44：将每块子图像对应的温度值Tn与温度阈值T阈值进行比较，旋转摩擦使待增材材料5发热，只有当待增材材料5发热到温度阈值T阈值，待增材材料5才会融化，实现塑性变形和塑化；
若温度值Tn≥温度阈值T阈值，则判定该子图像对应的位置已经增材成功；
若温度值Tn＜温度阈值T阈值，则判定该子图像对应的位置已经增材成功；
S45：统计热成像图像上增材成功的子图像个数S，将增材成功的子图像个数S与阈值S阈值进行比较；
若S≥S阈值，则判定该位置待增材材料5已经完全形成增材层6，搅拌头向后移动到下一位置对待增材材料5进行增材加工；
若S＜S阈值，则判定该位置待增材材料5未完全形成增材层6，证明待增材材料5上还有大量未塑化成功的点，执行步骤S46；
S46：增加搅拌头的旋转速度，间隔若干时间后，返回步骤S42，重新对该位置是否增材成功进行监控；
若该位置依然未完全形成增材层6，则增加搅拌头对待增材材料5的挤压力，再返回步骤S42；
直到该位置待增材材料5已经完全形成增材层6，搅拌头向后移动到下一位置对待增材材料5进行增材加工。
在发现未完全塑化后，先增加搅拌头的转速来提升摩擦点的温度，增加转速后仍然无法达到温度阈值T阈值，则证明搅拌头的挤压力不够，可增大挤压力实现。先提升转速的目的是为了避免过大的挤压力使塑化点的增材层6变形。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，包括可旋转的搅拌头，所述搅拌头下方设置有基板，所述基板上设置有增材层和待增材材料，其特征在于：
裙式轴肩，设置在搅拌头靠近基板侧，所述裙式轴肩与已固结的增材材料接触，并对增材材料进行碾压、搅拌形成增材层；
电磁线圈，设置在所述搅拌头内部靠近基板的一侧，驱动待增材材料高速撞击增材层发生冶金结合，使待增材材料固结在上一层增材层上；
利用所述电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置对增材材料电磁脉冲固结区进行增材加工的方法包括以下步骤：
A1：将需要增材的基板放置在加工平台上，搅拌头设置在基板的上方，并且使裙式轴肩倾斜；
A2：利用送料模块将增材所需的增材材料送至基板与搅拌头之间，电磁线圈通电，驱动待增材材料高速撞击基板并与基板发生冶金结合形成增材材料电磁脉冲固结区；
A3：旋转驱动装置驱动搅拌头以设定的速度V旋转，裙式轴肩接触增材材料电磁脉冲固结区的上表面并挤压搅拌待增材材料形成增材层；
A4：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，利用热成像相机，对增材材料电磁脉冲固结区进行检测，并实时调节旋转速度、对待增材材料的顶锻力和增材时间，使增材材料电磁脉冲固结区形成符合要求的增材层；步骤A4包括：
A41：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，利用热成像相机，拍摄增材材料电磁脉冲固结区产生的第一热成像图像；
A43：将第一热成像图像沿着增材材料牵引方向均分分割成若干第一子图像，利用图片中每个像素对应的温度值tn'，计算每块第一子图像所对应的温度值Tn'：Tn'=（t1'+t2'+···+ta'）/a'，其中，a'为每个第一子图像中包含的像素个数，ta'为每个第一子图像中每个像素对应的温度值；
A44：将每块第一子图像对应的温度值Tn'与温度阈值T阈值'进行比较；
若温度值Tn' ≥ 温度阈值T阈值'，则判定该第一子图像对应的位置已经固结成功；
若温度值Tn'＜温度阈值T阈值'，则电磁线圈放电，驱动待增材材料形成新的固结区。
2.根据权利要求1所述的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，所述裙式轴肩的下端设置有向下开口的环形凹槽，所述环形凹槽的截面为弧形结构。
3.根据权利要求1所述的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，所述搅拌头的底面上设置有若干电磁线圈，所述搅拌头的底面与增材所需的待增材材料接触，所述电磁线圈与供电系统电连接；
所述供电系统包括电容C，所述电磁线圈通过导线与电容C的两端连接，所述电容C与变压器并联，所述电容C与电磁线圈之间的导线上依次设置有电阻R、电感L和开关，所述电容C与变压器之间设置有二极管VD。
4.根据权利要求3所述的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，所述搅拌头外部的导线通过电刷与搅拌头内部的导线连接，且电刷安装在搅拌头的外壁上。
5.根据权利要求1所述的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，还包括设置在基板旁的送料模块，所述送料模块旁设置有卷料架，且送料模块设置在基板与卷料架之间；所述送料模块包括送料驱动轮，所述送料驱动轮与电机的转轴传动连接，所述送料驱动轮的上方设置有送料从动轮，所述送料驱动轮和送料从动轮均转动设置在支撑架上，所述电机安装在支撑架上，所述送料驱动轮和送料从动轮上设置有若干用于嵌入待增材材料的凹槽，所述送料驱动轮与基板之间设置有支撑待增材材料的导轮，所述导轮转动设置在导轮支架上。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的电磁脉冲复合搅拌摩擦增材加工装置进行增材加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将增材所需的待增材材料通过送料模块牵引到基板上，使搅拌头的下端边沿将待增材材料的端部压在基板上；
S2：待增材材料紧贴搅拌头的底面进行过渡，旋转装置驱动搅拌头进行旋转，搅拌头的裙式轴肩的边沿对待增材材料进行摩擦和挤压，使待增材材料与基板的接触部位塑化形成增材层；
S3：关闭开关，电流经由电刷进入电磁线圈，电磁线圈周围产生磁场；同时，通过电磁感应，待增材材料表面产生涡流，进而产生另一个极性相反的磁场；通过这两个极性相反磁场的相互作用，对待增材材料施加电磁力，使其高速撞击固结在基板上，使待增材材料与基板固态连接；
S4：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，通过搅拌头的旋转摩擦挤压，并通过环形凹槽边沿的刮动，利用热成像相机，对搅拌头旋转摩擦产生的温度进行监控，调整搅拌头对待增材材料的挤压力和摩擦时间，使与基板固态连接的待增材材料固定段行成符合要求的增材层；
所述步骤S4包括：
S41：搅拌头顺着待增材材料牵引方向移动，通过搅拌头的旋转摩擦挤压，并通过环形凹槽边沿的刮动；
S42：利用热成像相机，拍摄搅拌头对待增材材料旋转摩擦产生的第二热成像图像；
S43：将第二热成像图像均分分割成若干第二子图像，利用照片中每个像素对应的温度值tn，计算每块第二子图像所对应的温度值Tn：Tn=（t1+t2+···+ta）/a，其中，a为每个第二子图像中包含的像素个数，ta为每个第二子图像中每个像素对应的温度值；
S44：将每块第二子图像对应的温度值Tn与温度阈值T阈值进行比较；
若温度值Tn≥温度阈值T阈值，则判定该第二子图像对应的位置已经增材成功；
若温度值Tn＜温度阈值T阈值，则电磁线圈放电，驱动待增材材料形成新的固结区；
S45：统计第二热成像图像上增材成功的第二子图像个数S，将增材成功的第二子图像个数S与阈值S阈值进行比较；
若S≥S阈值，则判定该位置待增材材料已经完全形成增材层，搅拌头向后移动到下一位置对待增材材料进行增材加工；
若S＜S阈值，则判定该位置待增材材料未完全形成增材层，执行步骤S46；
S46：增加搅拌头的旋转速度，间隔若干时间后，返回步骤S42，重新对该位置是否增材成功进行监控；
若该位置依然未完全形成增材层，则增加搅拌头对待增材材料的挤压力，再返回步骤S42；
直到该位置待增材材料已经完全形成增材层，搅拌头向后移动到下一位置对待增材材料进行增材加工。
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