CN115178855B - 同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头、系统与增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头、系统与增材制造方法，同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头包括自上而下依次设置的连接部、轴承连接部、回转部以及搅拌针；回转部下端设置有凹陷部；搅拌针设置于回转部下端，凹陷部包围搅拌针。回转部设置有自上而下贯穿的环形第二通道，第二通道的上端与轴承连接部的第一通道连通，下端与凹陷部连通，由此形成自上而下的贯通的环形的送粉通道，将粉末送至凹陷部的空间内，供搅拌针在旋转时通过摩擦搅拌加工成型。通过本发明的加工头，在保证粉末输送流畅的同时，可防止粉末出粉时的飞溅，粉末汇聚性好、利用率高，可提高搅拌摩擦增材制造效率，以及提高增材制造成型件的质量。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其是使用搅拌摩擦技术实现的金属增材制造打印技术，具体而言涉及一种同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头、系统与增材制造方法。
背景技术
增材制造技术（Additive Manufacturing，AM），也称为3D打印技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统的结合，将金属材料（丝材或者粉末）、非金属材料以及医用生物材料等，使用聚焦能源(例如激光装置或电子束发生器)进行逐层堆积，制造出实体的零部件或者构筑物。相对于传统的、对原材料减材加工－切削、组装的加工模式不同，增材制造技术是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，因此成为增材制造，这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能，而且可减少材料的利用和浪费，同时提高加工成型的效率。
增材制造技术，例如直接金属激光熔化(DMLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束选区熔化(EBSM)、激光立体成型(LSF)、电子束自由成型( EBFF)、电弧送丝增材(WAAM)等，采用激光成型或者电子束增材，激光增材加工会存在球化现象、裂纹敏感性等缺陷，电子束增材的内部残余应力不好控制，而且增材制造技术通过构建颗粒和熔化颗粒床（熔池）来实现，涉及到固液转换，其性能受到凝固微结构的限制，所得的成型件在性能上存在一定的缺陷。因此，现有技术中尝试引入种新的增材制造方式—搅拌摩擦增材制造技术(FSAM)，尤其是在钛、镁、铝等轻合金的增材制造中极具优势。
搅拌摩擦增材制造技术是一种固相增材制造方法，其原理是：材料在高速旋转的刀具作用下摩擦生热，同时通过搅拌针的高速旋转使得前进侧的材料回到返回侧，这样摩擦以及塑性变形产生的热量使材料软化，再在刀具的纵向压力下形成熔核凝固组织，刀具在控制系统的控制下按照预定的轨迹运动就会形成一个由焊核组织构成的“纯核”构件，最终实现增材制造。
例如，J.J.S.Dilip等人采用同轴送棒料的方式进行实验研究，利用旋转的棒料进行“摩擦沉积”，设置了不同的工艺参数和几何参数，并对其成型件进行了微观结构研究和拉伸试验。结果表明，成型件的性能是优于基材的。但是，这种送料的方式，对棒料的直径有一定的要求，且需要严格控制进料，在复杂形状的制造过程中会有很大的局限性。
又如，J.R.Calvert等人用雾化粉末和轧制后的板作为进料进行层层增材得到成型件，该方法利用旋转的非消耗性刀具来生成热量使材料达到塑性变形，进料则是通过刀具中心添加。结果表明，此种方法可以减小晶粒尺寸、增加均匀性、降低或消除多孔性。但是，通过刀具中心送料，它会受限于刀具。
公开号为CN109202273A的中国专利提出了一种填丝搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法，该方法通过搅拌头中心填入丝材进行增材，但是丝材较软不能产生较大的摩擦热，同时丝材直径较小，需要较大的送丝速度才能满足搅拌头底部材料的铺展，而且不能保证材料的连续性供应。
发明内容
根据本发明目的的第一方面提出一种同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，包括自上而下依次设置的连接部、轴承连接部、回转部以及搅拌针；
所述轴承连接部具有轴承外圈、轴承内圈以及设置于轴承外圈、轴承内圈之间的滚珠；所述轴承外圈沿着圆周方向设置有环形的第一通道，用于接收来自送粉装置输送的粉末；
所述连接部，被设置成与所述轴承内圈固定连接，并且所述连接部的一端被设置用于接收旋转驱动力输入，另一端延伸穿过所述轴承连接部的轴承内圈、并连接至所述回转部的第一端，以驱动所述回转部与连接部同步旋转；
所述回转部的第二端的端面设置有凹陷部；
所述搅拌针，设置于所述回转部的第二端的端面的中心位置，所述凹陷部包围所述搅拌针；所述搅拌针朝向远离回转部的方向延伸，其底部超出回转部的第二端的端面位置；
其中，所述回转部沿着圆周方向设置有自上而下贯穿的环形的第二通道，所述环形的第二通道的上端与所述第一通道连通，下端与所述凹陷部连通，由此形成自上而下的贯通的环形的送粉通道，被设置用于将从环形的第一通道接收到的粉末，经由环形的第二通道送至所述凹陷部的空间内，供所述搅拌针在旋转时通过摩擦搅拌加工成型。
作为可选的实施例，回转部包括依次连接的竖直段、圆台段以及轴肩段，所述连接部的另一端与竖直段的一端连接固定，圆台段的较大的底面与竖直段的另一端固定，圆台段的较小的底面与轴肩段固定，所述搅拌针固定设置于轴肩段的底部位置。
作为可选的实施例，所述环形的第二通道包括：
设置于所述竖直段内的第一段通道，为竖直圆环状；
设置于所述圆台段内的第二段通道，为沿着竖直方向连续缩径的圆环状；
设置于所述轴肩段内的第三段通道与第四段通道，所述第三段通道为竖直圆环状，所述第四段通道为沿着竖直方向连续缩径的圆环状；
所述第一段通道、第二段通道、第三段通道以及第四段通道依次连通；
所述第二通道的第一段通道与环形的第一通道连通，用于接收粉末；
所述第二通道的第四段通道与凹陷部连通，粉末经由第二通道的第一段通道、第二段通道、第三段通道以及第四段通道，落入到所述凹陷部的空间内。
作为可选的实施例，所述第二通道的第一段通道、第二段通道、第三段通道以及第四段通道的通道厚度相同，并且与环形的第一通道的通道厚度相同
作为可选的实施例，所述搅拌针的表面设置有从较宽的底部到较窄的顶部延伸的螺旋槽，所述螺旋槽的螺旋方向与回转部的转动方向一致。
作为可选的实施例，所述连接部、轴承连接部、回转部以及搅拌针共中心轴线地设置。
根据本发明目的的第二方面提出一种搅拌摩擦增材制造系统，包括：
工作台；
打印基板，设置在所述工作台表面；
前述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头；
旋转驱动轴，被设置成固定至所述搅拌摩擦增材制造加工头的连接部，用于驱动搅拌摩擦增材制造加工头的高速旋转，其中所述旋转驱动轴为设置于机床或者机器人上的电机驱动机构；
送粉器，其设置有送粉管，连接至所述搅拌摩擦增材制造加工头，并与所述轴承连接部的环形的第一通道连通，用于向搅拌摩擦增材制造加工头输送粉末；
其中，所述搅拌摩擦增材制造加工头被配置成由机床或者机器人驱动，按照预设的X-Y-Z方向移动，实现对每一层的沉积成型，通过逐层沉积直至构件成型，其中X-Y方向定义了每一层沉积层所在的平面，所述Z方向为沉积生长方向；
在对每一层的搅拌摩擦沉积成型过程中，从第一通道送入的粉末，在所述第二通道内受自身重力以及回转部的旋转作用下，输送至回转部下方位置的凹陷部，并与旋转的搅拌针相接触，粉末在搅拌针的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部的轴肩段和搅拌针的高速旋转对凹陷部中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段的挤压、搅拌针的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
根据本发明目的的第三方面还提出一种同轴送粉搅拌摩擦增材制造方法，包括：
根据成型件以及粉末规划搅拌摩擦增材制造的工艺，包括送粉工艺、搅拌摩擦工艺以及成型路径规划；
根据所述工艺，驱动搅拌摩擦增材制造加工头按照预设的X-Y-Z方向移动，通过搅拌摩擦处理逐层对每一层进行沉积成型，通过逐层沉积直至构件成型，其中X-Y方向定义了每一层沉积层所在的平面，所述Z方向为沉积生长方向；
在对每一层的搅拌摩擦沉积成型过程中，从第一通道送入的粉末，在所述第二通道内受自身重力以及回转部的旋转作用下，输送至回转部(下方位置的凹陷部，并与旋转的搅拌针相接触，粉末在搅拌针的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部的轴肩段和搅拌针的高速旋转对凹陷部中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段的挤压、搅拌针的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1. 本发明提出的同轴送粉搅拌摩擦增材制造的加工头，通过在轴肩和回转部设置相互连通的环形通道，并结合缩径设计，使得金属粉末由环形通道输送至搅拌针部位，并随着搅拌针的螺旋槽流至待增材区表面以及进入到围绕搅拌针的凹陷部内，轴肩和搅拌针的高速旋转对凹陷部的材料形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形，在轴肩的挤压作用、搅拌针的搅拌摩擦作用以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末最终沉积形成沉积层；由此在搅拌摩擦增材制造的同时实现同轴送粉，送粉和增材制造过程匹配度高，制造效率高，提高增材制造成型件的质量；
2. 本发明提出的同轴送粉搅拌摩擦增材制造的加工头，设有沿周向分布的送粉通道，粉末输送流畅，上端的轴承连接部中，轴承外圈作为固定部分，其内部沿着周向布置自上而下贯穿的环形的第一通道，下方的回转部沿着周向布置自上而下贯穿的环形的第二通道并且做二级缩径设计，使得金属粉末能够顺畅输送分散至搅拌针的周围，金属粉末流至待增材区后，结合轴肩下端面与搅拌针的挤压、搅拌摩擦作用以及轴向顶锻力的作用，保证在整个增材制造过程中粉末输送的流畅性，保证增材制造成型件的质量。
3. 本发明提出的同轴送粉搅拌摩擦增材制造的加工头，通过二级缩径设计，在保证粉末输送流畅的同时，防止粉末出粉时的飞溅，粉末汇聚性好、利用率高，进一步提高制造效率，以及提高增材制造成型件的质量。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例。
图1是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的结构示意图。
图2是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的轴测图。
图3是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的内部结构图。
图4是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的部分剖视图。
图5是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的A-A部分局部放大图。
图6是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的B部分局部放大图。
图7是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的搅拌针位置的示意图。
图8是本发明实施例的同轴送粉搅拌摩擦增材制造加工头的搅拌针位置内部结构图。
图9是本发明实施例的搅拌摩擦增材制造系统的结构示意图。
图10是本发明实施例的搅拌摩擦增材制造系统实现搅拌摩擦增材制造的过程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头
结合图1-9所示，根据本发明示例性实施例的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，包括自上而下依次设置的连接部10、轴承连接部20、回转部100以及搅拌针60。
结合图1、4、5所示，轴承连接部20具有轴承外圈20A、轴承内圈20B以及设置于轴承外圈20A、轴承内圈20B之间的滚珠20C。轴承外圈20A、轴承内圈20B以及滚珠20C构成轴承结构。轴承外圈20A构成固定部分。轴承内圈20B构成转动部分，轴承内圈20B可相对于轴承外圈20A而转动。
结合图3、4、5所示，轴承外圈20A沿着圆周方向设置有环形的第一通道21，用于接收来自送粉装置输送的粉末。
作为可选的示例，轴承外圈20A可采用厚度有利的设计，从而利于在沿着其圆周的方向设置自上而下贯穿的圆环形的通道，作为前述的第一通道21。
作为可选的示例，轴承外圈20A与轴承内圈20B之间可设置环形的滚珠架（未标示出），多个滚珠20C以有利的方式设置在滚珠架内，例如滚珠架上沿着圆周方向设置多个均匀分布的孔位，滚珠20C容纳在空位内。
滚珠20C可采用钢珠。
作为可选的示例，环形的第一通道21的通道厚度为送粉装置的送粉管直径的1.5~2倍。
结合图2、3、4所示，连接部10被设置成与轴承内圈20B固定连接，使得其得以被支承并且在连接部10被驱动时，能够顺畅的实现高速转动，而轴承外圈20B保持不动，从而保证从送粉装置1通过送粉管实现顺利的送粉至第一通道21内。
结合图示，连接部10的一端被设置用于接收旋转驱动力输入，如图3所示，连接部10的上部设置由可供轴连接设计，例如通过键槽连接与电机驱动机构形成驱动连接，例如机床、加工中心或者机器人的旋转轴，固定连接至连接部10的一端，实现二者之间的驱动连接，驱动其高速旋转，从而带动整个回转部10以及其下方的搅拌针60高速旋转，实现搅拌摩擦处理。同时，还可以通过该轴连接设计，使得通过上方的驱动连接向下施加压力。
结合图示，连接部10的另一端延伸穿过轴承连接部20的轴承内圈20B、并连接至回转部100的第一端，以驱动回转部100与连接部10同步旋转。
如图1-5所示，回转部100包括依次连接的竖直段30、圆台段40以及轴肩段50，连接部10的另一端与竖直段30的一端连接固定，圆台段40的较大的底面与竖直段30的另一端固定，圆台段40的较小的底面与轴肩段50固定，搅拌针60固定设置于轴肩段50的底部位置。
其中，圆台段40被设置为圆台形状，其较大的底面的边缘与竖直段30连接，较小的底面的边缘与轴肩段50连接。
结合图示，轴肩段50与竖直段30均为圆柱形，并且轴肩段50的外径小于竖直段30的外径。
结合图3、6所示，回转部100的第二端的端面设置有凹陷部53。作为可选的示例，凹陷部53构造为围绕在搅拌针60外围的圆形槽，槽深为1-2mm。在本发明的实施例中，采用1mm槽深设计，槽宽为轴肩段的顶部直径的1/2~3/4，便于容纳流出的粉末，防止粉末堵塞。
结合图3、7、8所示，回转部100的设计中，凹陷部53形成于轴肩段50的底部边缘50A的内侧方向，呈圆形凹槽形状。
如图1、3、7、8所示，搅拌针60，设置于回转部100的第二端的端面的中心位置，凹陷部53包围搅拌针60。
搅拌针60朝向远离回转部100的方向延伸，其底部超出回转部100的第二端的端面位置。
其中，回转部100沿着圆周方向设置有自上而下贯穿的环形的第二通道200，环形的第二通道200的上端与第一通道21连通，下端与凹陷部53连通，由此形成自上而下的贯通的环形的送粉通道300，被设置用于将从环形的第一通道21接收到的粉末，经由环形的第二通道200 送至凹陷部53的空间内，供搅拌针60在旋转时通过摩擦搅拌加工成型。
作为优选的示例，环形的第二通道200的厚度与第一通道21的厚度相同。
结合图3、4、6、8所示，环形的第二通道200包括：
设置于竖直段30内的第一段通道31，为竖直圆环状；
设置于圆台段40内的第二段通道41，为沿着竖直方向连续缩径的圆环状；
设置于轴肩段50内的第三段通道51与第四段通道52，第三段通道51为竖直圆环状，第四段通道52为沿着竖直方向连续缩径的圆环状。
如图3、4所示，第一段通道31、第二段通道41、第三段通道51以及第四段通道52依次连通。
第二通道的第一段通道31与环形的第一通道21连通，用于接收粉末。
第二通道的第四段通道52与凹陷部53连通，粉末经由第二通道的第一段通道31、第二段通道41、第三段通道51以及第四段通道52，落入到凹陷部53的空间内。
其中，优选的示例中，第二通道的第一段通道31、第二段通道41、第三段通道51以及第四段通道52的通道厚度相同，并且与环形的第一通道21的通道厚度相同。
在优选的实施例中，第二通道的第四段通道52呈倾斜状，并且朝向搅拌针60的外表面方向倾斜，既保证了粉末输出的流畅性，又可防止出粉时粉沫飞溅，提高粉末的利用率。
结合图3、7、8所示的示例中，搅拌针60可设计为锥形结构，锥度为10~20°，其较宽的底部与回转部100的底部固定，以保持二者之间同步旋转。本发明使用锥形结构的搅拌针，可减小阻力，使搅拌针更容易插入沉积层/基板进行搅拌摩擦。
如图8所示的示例中，搅拌针60的表面设置有从较宽的底部到较窄的顶部延伸的螺旋槽61，螺旋槽61的螺旋方向与回转部100的转动方向一致。
其中，螺旋槽61的槽宽为搅拌针的较窄的顶部的直径的1/5~4/5，从而使金属粉末更容易流出。
作为可选的实施例，连接部10、轴承连接部20、回转部100以及搅拌针60共中心轴线地设置，以保证在被驱动高速旋转时的稳定的搅拌摩擦处理。
作为可选的实施例，回转部100的竖直段30、圆台段40以及轴肩段50与搅拌针60形成一体。
作为可选的实施例，回转部100的竖直段30、圆台段40以及轴肩段50与搅拌针60可采用高强合金钢通过铸造一体成型。
作为可选的实施例，回转部100的竖直段30、圆台段40以及轴肩段50与搅拌针60可采用增材制造打印技术实现打印成型。
搅拌摩擦增材制造系统
结合图9、10所示的实施例，搅拌摩擦增材制造系统包括工作台1、打印基板2、送粉器70、旋转驱动轴9（未标示出）以及前述实施例的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头。
打印基板2，设置在工作台1表面，提供沉积基底。
旋转驱动轴，可通过例如键连接的方式固定至搅拌摩擦增材制造加工头的连接部10，用于驱动搅拌摩擦增材制造加工头的高速旋转，其中旋转驱动轴为设置于机床或者机器人上的电机驱动机构，尤其是输出轴。
送粉器70，其设置有送粉管，连接至搅拌摩擦增材制造加工头，并与轴承连接部20的环形的第一通道21连通，用于向搅拌摩擦增材制造加工头输送粉末。
其中，搅拌摩擦增材制造加工头被配置成由机床或者机器人驱动，按照预设的X-Y-Z方向移动，实现对每一层的沉积成型，通过逐层沉积直至构件成型，其中X-Y方向定义了每一层沉积层所在的平面，Z方向为沉积生长方向。
在对每一层的搅拌摩擦沉积成型过程中，从第一通道21送入的粉末80，在第二通道内受自身重力以及回转部100的旋转作用下，输送至回转部100下方位置的凹陷部53，并与旋转的搅拌针60相接触，粉末在搅拌针60的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部100的轴肩段50和搅拌针60的高速旋转对凹陷部53中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段50的挤压、搅拌针60的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
在本发明的实施例中，粉末80尤其是指金属粉末或者金属合金粉末。
本发明实施例的搅拌摩擦增材制造系统可用于金属材料的增材制造，例如铝合金、钢、高温合金、铝锂合金、镁合金、镁锂合金等材料的增材制造加工成型。
结合图9、10所示，采用本发明前述实施例的搅拌摩擦增材加工头实现同轴送粉搅拌摩擦增材制造方法的过程，包括：
根据成型件以及粉末规划搅拌摩擦增材制造的工艺，包括送粉工艺、搅拌摩擦工艺以及成型路径规划；
根据工艺，驱动搅拌摩擦增材制造加工头按照预设的X-Y-Z方向移动，通过搅拌摩擦处理逐层对每一层进行沉积成型，通过逐层沉积直至构件成型，其中X-Y方向定义了每一层沉积层所在的平面，Z方向为沉积生长方向；
在对每一层的搅拌摩擦沉积成型过程中，从第一通道21送入的粉末80，在第二通道内受自身重力以及回转部100的旋转作用下，输送至回转部100下方位置的凹陷部53，并与旋转的搅拌针60相接触，粉末在搅拌针60的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部100的轴肩段50和搅拌针60的高速旋转对凹陷部53中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段50的挤压、搅拌针60的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
例如，在开始启动时，搅拌针60在旋转状态下，扎入增材制造的打印基板2，直至轴肩段的下端面与增材制造基板的上表面相接触，并进行基板预热。然后，启动送粉机构进行送粉，受自身重力以及回转部100的旋转作用下，输送至回转部100下方位置的凹陷部53，并与旋转的搅拌针60相接触，粉末在搅拌针60的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部100的轴肩段50和搅拌针60的高速旋转对凹陷部53中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段50的挤压、搅拌针60的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，碾磨目标增材制造层和前一层之间的界面，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (16)
1.一种同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，包括自上而下依次设置的连接部（10）、轴承连接部（20）、回转部（100）以及搅拌针（60）；
所述轴承连接部（20）具有轴承外圈（20A）、轴承内圈（20B）以及设置于轴承外圈（20A）、轴承内圈（20B）之间的滚珠（20C）；所述轴承外圈（20A）沿着圆周方向设置有环形的第一通道（21），用于接收来自送粉装置输送的粉末；所述滚珠（20C）采用钢珠；
所述连接部（10），被设置成与所述轴承内圈（20B）固定连接，并且连接部（10）的一端被设置用于接收旋转驱动力输入，另一端延伸穿过所述轴承连接部（20）的轴承内圈（20B）、并连接至所述回转部（100）的第一端，以驱动所述回转部（100）与连接部（10）同步旋转；
所述回转部（100）的第二端的端面设置有凹陷部（53）；
所述搅拌针（60），设置于所述回转部（100）的第二端的端面的中心位置，所述凹陷部（53）包围所述搅拌针（60）；所述搅拌针（60）朝向远离回转部（100）的方向延伸，其底部超出回转部（100）的第二端的端面位置；
其中，所述回转部（100）沿着圆周方向设置有自上而下贯穿的环形的第二通道（200），所述环形的第二通道（200）的上端与所述第一通道（21）连通，下端与所述凹陷部（53）连通，由此形成自上而下的贯通的环形的送粉通道（300），被设置用于将从环形的第一通道（21）接收到的粉末，经由环形的第二通道（200）送至所述凹陷部（53）的空间内，供所述搅拌针（60）在旋转时通过摩擦搅拌加工成型。
2.根据权利要求1所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述环形的第二通道（200）的厚度与所述第一通道（21）的厚度相同。
3.根据权利要求1所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述回转部（100）包括依次连接的竖直段（30）、圆台段（40）以及轴肩段（50），所述连接部（10）的另一端与竖直段（30）的一端连接固定，圆台段（40）的较大的底面与竖直段（30）的另一端固定，圆台段（40）的较小的底面与轴肩段（50）固定，所述搅拌针（60）固定设置于轴肩段（50）的底部位置。
4.根据权利要求3所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述圆台段（40）被设置为圆台形状，其较大的底面的边缘与竖直段（30）连接，较小的底面的边缘与轴肩段（50）连接。
5.根据权利要求3所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述轴肩段（50）与竖直段（30）均为圆柱形，并且轴肩段（50）的外径小于竖直段（30）的外径。
6.根据权利要求3~5中任意一项所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述环形的第二通道（200）包括：
设置于所述竖直段（30）内的第一段通道（31），为竖直圆环状；
设置于所述圆台段（40）内的第二段通道（41），为沿着竖直方向连续缩径的圆环状；
设置于所述轴肩段（50）内的第三段通道（51）与第四段通道（52），所述第三段通道（51）为竖直圆环状，所述第四段通道（52）为沿着竖直方向连续缩径的圆环状；
所述第一段通道（31）、第二段通道（41）、第三段通道（51）以及第四段通道（52）依次连通；
所述第二通道的第一段通道（31）与环形的第一通道（21）连通，用于接收粉末；
所述第二通道的第四段通道（52）与凹陷部（53）连通，粉末经由第二通道的第一段通道（31）、第二段通道（41）、第三段通道（51）以及第四段通道（52），落入到所述凹陷部（53）的空间内。
7.根据权利要求6所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述第二通道的第四段通道（52）呈倾斜状，并且朝向搅拌针（60）的外表面方向倾斜。
8.根据权利要求6所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述第二通道的第一段通道（31）、第二段通道（41）、第三段通道（51）以及第四段通道（52）的通道厚度相同，并且与环形的第一通道（21）的通道厚度相同。
9.根据权利要求1所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述环形的第一通道（21）的通道厚度为所述送粉装置的送粉管直径的1.5~2倍。
10.根据权利要求1所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述搅拌针（60）为锥形结构，锥度为10~20°，其较宽的底部与回转部（100）的底部固定，以保持二者之间同步旋转。
11.根据权利要求10所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述搅拌针（60）的表面设置有从较宽的底部到较窄的顶部延伸的螺旋槽（61），所述螺旋槽（61）的螺旋方向与回转部（100）的转动方向一致。
12.根据权利要求11所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述螺旋槽（61）的槽宽为搅拌针的较窄的顶部的直径的1/5~4/5。
13.根据权利要求1所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述凹陷部（53）构造为围绕在所述搅拌针（60）外围的圆形槽，槽深为1-2mm。
14.根据权利要求1所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头，其特征在于，所述连接部（10）、轴承连接部（20）、回转部（100）以及搅拌针（60）共中心轴线地设置。
15.一种搅拌摩擦增材制造系统，其特征在于，包括：
工作台（1）；
打印基板（2），设置在所述工作台（1）表面；
如权利要求1~14中任意一项所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材制造加工头；
旋转驱动轴，被设置成固定至所述搅拌摩擦增材制造加工头的连接部，用于驱动搅拌摩擦增材制造加工头的高速旋转，其中所述旋转驱动轴为设置于机床或者机器人上的电机驱动机构；
送粉器（70），其设置有送粉管，连接至所述搅拌摩擦增材制造加工头，并与所述轴承连接部（20）的环形的第一通道（21）连通，用于向搅拌摩擦增材制造加工头输送粉末；
其中，所述搅拌摩擦增材制造加工头被配置成由机床或者机器人驱动，按照预设的X-Y-Z方向移动，实现对每一层的沉积成型，通过逐层沉积直至构件成型，其中X-Y方向定义了每一层沉积层所在的平面，所述Z方向为沉积生长方向；
在对每一层的搅拌摩擦沉积成型过程中，从第一通道（21）送入的粉末，在所述第二通道内受自身重力以及回转部（100）的旋转作用下，输送至回转部（100）下方位置的凹陷部（53），并与旋转的搅拌针（60）相接触，粉末在搅拌针（60）的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部（100）的轴肩段（50）和搅拌针（60）的高速旋转对凹陷部（53）中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段（50）的挤压、搅拌针（60）的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
16.一种使用权利要求1-14中任意一项所述的同轴送粉的搅拌摩擦增材加工头的同轴送粉搅拌摩擦增材制造方法，其特征在于，包括：
根据成型件以及粉末规划搅拌摩擦增材制造的工艺，包括送粉工艺、搅拌摩擦工艺以及成型路径规划；
根据所述工艺，驱动搅拌摩擦增材制造加工头按照预设的X-Y-Z方向移动，通过搅拌摩擦处理逐层对每一层进行沉积成型，通过逐层沉积直至构件成型，其中X-Y方向定义了每一层沉积层所在的平面，所述Z方向为沉积生长方向；
在对每一层的搅拌摩擦沉积成型过程中，从第一通道（21）送入的粉末，在所述第二通道内受自身重力以及回转部（100）的旋转作用下，输送至回转部（100）下方位置的凹陷部（53），并与旋转的搅拌针（60）相接触，粉末在搅拌针（60）的摩擦搅拌作用下发生塑性变形，并且，结合回转部（100）的轴肩段（50）和搅拌针（60）的高速旋转对凹陷部（53）中的粉末与熔池形成搅拌摩擦作用，使金属粉末发生塑性变形并继续塑性变形，由此，在轴肩段（50）的挤压、搅拌针（60）的搅拌摩擦以及轴向顶锻力的作用下，塑性变形的金属粉末熔融并沉积成型，形成沉积层。
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