CN115475967A - 一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，包括：旋转摩擦机构，包括有用于出料的磨头；送粉机构，包括螺杆电机和传送轴，传送轴上同轴套设有粉末传输筒，且与磨头同轴设置，螺杆电机的输出端沿轴线开设有孔体，传送轴的中部与孔体相连；主体支撑架，用于安装旋转摩擦机构和送粉机构，传送轴和磨头转动安装在主体支撑架上，传送轴的顶端与主体支撑架转动连接；减少了螺杆电机的功率，节约了电能；控制上也可以非常方便的按照打印每种材料的属性去调节主摩擦头转速以及螺杆的转速；提高送粉效率，改善粉末预压实效果；有效降低了螺杆电机的需用转速，进而降低了整套装置的能耗。

Description

一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头。

背景技术

增材制造技术因其可以加工各种复杂构型零件而被广泛应用于工业生产中，在军工，科研，日常生活中，3D打印因其操作简单，定制加工的高效以及低价格等优点也被广泛应用，现有的搅拌摩擦增材方式多为送棒式，其主要是利用设计一套进给机构来将棒料送至磨头间实现增材摩擦，此类增材装置具备增材速度快，结构较为简单，成型质量好等特点，适用于大型构件的生产，其主要由磨头，送棒装置，回旋装置等构成，进给速率与磨头转速都可以较为方便的控制。磨头将从棒料摩擦下来的粉末进一步摩擦，压实，加热，进而在工件上成型。

但是由于其生产出的零件存在缺陷，导致零件寿命低，抗疲劳性能差，强度低，打印的材料种类有限等一系列缺点，导致其不能用于生产工作条件较为苛刻的零部件，主要原因是其经过从固态到液态再到固态的相变过程。

专利号为202111090503.9，专利名称为：一种基于粉末的摩擦搅拌焊增材制造的机构，解决了由固体到固体的非相变打印过程，使得加工出来的缺陷更少，零件的致密度更高，但是，从结构上看，以下缺点：

由于传送轴为单悬臂结构，压缩粉末的过程中，粉末会给传送轴径向力，且该径向力并不是均匀分布，仅靠联轴器连接将导致其刚度很差，不但容易与传输管道内壁碰撞，而且容易损坏联轴器，使此结构失效。

旋转构件多，整套装置除少数固定支架外其余构件均为旋转部件，导致其转动惯量大，由于磨头转速要求较高，导致其旋转工作后整套装置易产生振动，影响打印精度，降低装置使用寿命。

另外该装置在使用时因其结构原因必须保证电机的转速必须大于零件的转速，所以电机的转速要求很高，且其力矩要求也很大，使得电机的功率要求很大，增加装置的能耗。

为此提出一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，以解决上述提出的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，能够实现将粉末成型在工件表面，形成致密的、少缺陷的打印件，机床刚度更高，打印效率更高效。

有鉴于此，本发明的第一方面在于提供一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头。

本发明的第二方面在于提供一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头加工方法。

本发明的第一方面提供了一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，包括：旋转摩擦机构，包括有用于出料的磨头；送粉机构，包括螺杆电机和传送轴，所述传送轴上同轴套设有粉末传输筒；且均与所述磨头同轴设置，所述螺杆电机的输出端沿轴线开设有孔体，所述传送轴的中部与所述孔体相连；主体支撑架，用于安装所述旋转摩擦机构和所述送粉机构，所述传送轴和所述磨头转动安装在所述主体支撑架上，所述传送轴的顶端与所述主体支撑架转动连接；其中，所述粉末传输筒与所述传送轴之间的间隙为0.01mm-1mm，且粉末传输筒与传送轴之间还设置有与间隙相连通的中空腔。

本发明提供的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，传送轴与粉末传输筒的间隙设置在0.01mm-1mm，有效避免在输送粉末并压实的过程中，粉末在底部积累并在压力作用下从间隙向上运输的情况，从而提高送粉效率，改善粉末预压实效果，具体地，且传输筒采用耐磨的H13钢材质且在工作中为静止状态，区别于现有技术中的转动状态，减缓侧壁的磨损进程，防止粉末传输筒与传送轴之间的间距变大，维持高的传输效率，且粉末传输筒外置方便更换；

装置采用传送轴的双悬臂布置，提高了装置稳定性，减少工作时产生的振动，从而提高打印精度，在于螺杆电机安装时，预先将螺杆电机的输出端开设孔体在与传送轴装配，使得传送轴在安装后具有上下两端的双悬臂结构，一端采用转动安装固定，另一端作为出料端输送粉末；

采用旋转摩擦机构进行出料，以及通过送粉机构进行粉末输送，使得传送轴和磨头的转速能够分别进行控制，在功能上可独立对送粉和摩擦起作用，可以精确控制磨头与传送杆的转速，对研究不同材料成型效果的试验以及参数调节更加方便。在控制上也可以非常方便的按照打印每种材料的属性去调节主摩擦头转速以及螺杆的转速；

磨头通过将金属粉末逐步压实并最终成型于金属表面的过程，实现了无固液相变的增材制造，使得成型材料更加紧密，微观缺陷更少，打印件的质量更高，且因为粉末传输筒为静止的，对传送杆的转速要求并不高，所以减少了螺杆电机的功率，节约了电能；

粉末传输筒由于是静止的，因此无需使螺杆电机的转速大于主电机的转速(主电机为600-1500rpm)，因此只需保证螺杆电机转速为100rmp即可，这有效降低了螺杆电机的需用转速，进而降低了整套装置的能耗。

具体地，磨头、传送杆与粉末传输筒采用的是耐磨材料H13钢，主体结构架采用不锈钢。

具体地，针对于粉末传输筒与所述传送轴之间的间隙，综合使用效果与加工难度，优选间隙的大小为0.1mm。

另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述任一技术方案中，所述旋转摩擦机构还包括：主电机，安装在所述主体支撑架上；传动机构，用于连接所述主电机和所述磨头，以使所述主电机能够带动所述磨头转动；其中，所述传动机构设置在所述传送轴的下端。

在该技术方案中，采用传动机构对主电机输出轴的动力传输到磨头上，以便对粉末进行加工，并且将传动机构设置在传送轴的下端，指的传动机构在整体的装置位置上处于下端，使得整套装置中的旋转件减少，有利于减少振动，提高刚性。

上述任一技术方案中，所述传动机构包括：主动同步带轮，安装在所述主电机的输出轴；从动同步带轮，与所述磨头相连，所述从动同步带轮转动安装在所述粉末传输筒上，且所述从动同步带轮外壁上中两端均与所述主体支撑架转动连接；同步带，分别套设在所述主动同步带轮和所述从动同步带轮上。

在该技术方案中，主同步带轮套入主电机的输出轴，利用键连接驱动其转动，轴孔之间过盈配合进行轴向定位，同步带嵌套在主同步带轮和从动同步带轮上，以将主电机旋转功率传至从动同步带轮转动，从动同步带轮上中部均有径向球轴承进行定位，同时实现转动连接的装配；

具体地，主同步带轮和从动同步带轮为45号钢，同步带为橡胶。

上述任一技术方案中，所述主体支撑架上安装有盖，所述盖开设有供所述磨头穿过的通孔，所述磨头顶部和所述从动同步带轮外壁下端均与所述盖内壁转动连接。

在该技术方案中，通过设置盖，并在盖的中部开设通孔，使得磨头在穿过通孔后盖对磨头形成周向环绕的包围，从外部的装配保证了磨头的转动位置，具体地，采用第二单向推力轴承，一侧端面抵接在主体支撑架底部和盖内壁，另一侧端面抵接在磨头顶部和从动同步带轮外壁下端，进一的保障了磨头和从动同步带轮的同步性，避免磨头收到内部的粉末施力过大造成结构脱节。

上述任一技术方案中，所述主体支撑架上设置有张紧装置，所述张紧装置的移动端抵接所述同步带。

在该技术方案中，通过设置张紧装置用于对同步带的张紧度调节，

通过第十三螺钉的旋转推进U板靠近或远离同步带，并进一步带动涨紧轮压制或松懈同步带，并以此做到将同步带张紧，采用螺母螺接在第十三螺钉上并与主体支撑架抵接，对第十三螺钉紧固防止脱送。

上述任一技术方案中，所述主体支撑架上安装有上轴承座，所述上轴承座中部开设有用于放置所述传送轴顶部的导转槽；所述所述传送轴的顶部开设有环形槽，所述环形槽的底部和所述传送轴侧壁均与所述导转槽内壁转动连接。

在该技术方案中，从两个方向上将环形槽的底部和所述传送轴侧壁与导转槽内壁转动连接，可对传送轴的顶部在转动中，起到支撑的作用，保证了传送轴在面对需要挤压加功的金属粉末时，能够保证自身的刚度不会发生形变，提高使用寿命；

具体地，从上到下设置第一单向推力轴承和第一深沟球轴承，第一单向推力轴承的顶部端面抵接在导转槽顶部内壁，第一单向推力轴承的底部端面与环形槽的底部和第一深沟球轴承的内端上表面抵接，第一深沟球轴承的外壁抵接在导转槽内壁，第一深沟球轴承的内壁抵接在传送轴的顶部侧壁。

上述任一技术方案中，所述送粉机构还包括：进粉室，安装在所述主体支撑架上，所述进粉室开设有与所述粉末传输筒相连通的腔体，以及所述粉末传输筒与所述腔体相对端面的内径设置有第一倒角。

在该技术方案中，进粉室为顶部外壁带有延伸边的筒形结构，外壁设置有想上倾斜的进料管与内部的腔体相连通，腔体与传送轴的侧壁形成环形腔体，可均匀的向传送轴和粉末传输筒缝隙传输粉末，并对粉末传输筒开设第一倒角，以便粉末更加容易的进入到缝隙内。

上述任一技术方案中，所述传送轴侧壁设置有用于向下输送所述粉末的螺纹；所述粉末传输筒中部内壁设置有逐渐收窄的第一收窄段，以及所述螺纹与所述第一收窄段对应的部位向下螺距逐渐减小；所述传送轴设置有之间逐渐减小的第二收窄段，所述第二收窄段沿所述传送轴轴线方向高于所述第一收窄段，以使所述传送轴侧壁和所述粉末传输筒内壁之间形成中空腔。

在该技术方案中，通过在传送轴侧壁上设置螺纹，以便粉末跟随传送轴的转动逐渐向下挤压和传送；

增设第一收窄段使得粉末传输筒中部内壁的内径逐渐降低，进一步起到了对粉末的挤压作用，并且相配合的螺纹与第一收窄段对应的部位向下螺距逐渐减小，具体为螺纹在第一收窄段顶部的螺距为在第一收窄段第部的螺距的二倍，且采用螺距逐渐减小降低卡料，同时降低相邻螺纹之间的空间，可对粉末起到逐渐平滑的挤压效果，达到逐渐挤压的目的；

增设第二收窄段，且沿所述传送轴轴线方向高于所述第一收窄段，使得第一收窄段和第二收窄段出现纵向错位，并形成一个环形的中空腔，使得粉末在此被进一步压实；

上述任一技术方案中，所述中空腔横向对应所述从动同步带轮与所述粉末传输筒的转动连接处；和/或所述第一收窄段与所述传送轴轴线的夹角与所述第二收窄段与所述传送轴轴线的夹角相等；和/或所述传送轴在第二收窄段下方的直径相等，以及所述粉末传输筒在所述第一收窄段下方的内径相等，且之间的横向间隙为0.01-1mm，优选0.1mm。

在该技术方案中，将中空腔横向对应从动同步带轮与所述粉末传输筒的转动连接处，即为第三深沟球轴承，可使得粉末传输筒在由内向外受到不同大小的粉末施加力时，起到稳定支撑的作用，不会对从动同步带轮的转动产生干扰，根据加工的粉末粒度在此之间选择间隙尺寸；

将第一收窄段与传送轴轴线的夹角与第二收窄段与传送轴轴线的夹角相等，在中空腔内部的粉末被传送轴从上向下挤压时，能够对粉末传输筒的内壁的第一收窄段施力均匀。

上述任一技术方案中，所述磨头的中部开设有用于出料的出料孔，所述出料孔为漏斗形，以及所述传送轴的下表面开设有与所述出料孔相适配的第二倒角。

在该技术方案中，将磨头的中部设置漏斗形的出料孔，并且将传送轴的下表面开设第二倒角，使得粉末在临出料前进行末端的挤压，并且与之前的挤压相配合，避免局部压力过大造成某个部件的寿命过短。

进一步地，第一收窄段的内壁倾角为45°-60°和第二收窄段的内壁倾角为45°-60°，优选的内壁倾角均为50°并第一收窄段和第二收窄段的收窄长度相同，且第一收窄段的顶部和第二收窄段之间的纵向距离为10-20mm，优选的纵向距离为12mm；

此时粉末传输筒与所述传送轴之间的间隙优选为0.1mm；

传送轴与磨头的下端口之间的纵向距离为30-40mm，且出料孔的漏斗形内壁倾角为60-80°，优选的纵向距离为36mm，内壁倾角为72°；

此时传送轴的转速为0-100转/分钟调节，以及磨头的转速为600-1500转/分钟调节，优选的传送轴转速80转/分钟，磨头的转速800转/分钟；

磨头的底部设置有与出料孔相通的导流槽，导流槽为直线型槽体，且导流槽远离磨头下端口的一侧边与磨头下端口相切；通过第一收窄段和第二收窄段的倾角小于出料孔的漏斗形内壁倾角，且控制在小于25°，优选的为22°；第一收窄段的顶部和第二收窄段之间的纵向距离小于传送轴与磨头的下端口之间的纵向距离，且控制在小于30mm，优选的24mm；最终保证金属粉末在逐渐的压实过程中始终保持固体，并且逐渐致密最终涂抹在外部表面，避免了现有技术中的金属粉末从固态到液态涂抹在到固态凝固的材料缺陷，例如：各种非平衡凝固缺陷，如开裂、孔隙等的产生可能会影响生成部分的非自愿响应，诱导孔隙率是基于融合的MAM中的常见缺陷。当施加的能量过大时，由于飞溅物的喷射，可能会出现孔隙率和材料污染。类似地，当借助电子或激光束施加的能量不足以完全熔化材料时，由于未融合而形成不完全融合孔。在合金凝固过程中，当低熔点颗粒在固液边界被排斥时，凝固的枝晶之间会形成一个薄的液体区域，在这种情况下，凝固收缩可能导致热裂或撕裂。

本发明的第二方面提供了一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头加工方法，包括如下步骤：

S1，粉末通过软管输送至粉末室，随后在传送轴的推动下向下方流动，螺杆转速为0-100rpm调节，通过粉末传输筒，到达第一收窄段和第二收窄段之间的中空腔，粉末被第一次压实；

S2，随后进入又传送轴下端和粉末传输筒之间的细直径管道，此时传送轴上的螺纹为变距螺纹，粉末在向下的运动中逐步被进一步压实；

S3，到达磨头的出料孔内部和传送轴之间后，粉末将被压实到较高密度的状态，随后从磨头中心的小孔中挤出；

S4，磨头的底部设置有导流槽，粉末沿导流槽布满摩擦头，磨头转速为0-1400rpm调节，将半致密粉末压实至致密状态，并最终实现增材制造。

本发明提供的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头加工方法，。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

传送轴与粉末传输筒的间隙较小，有效避免在输送粉末并压实的过程中，粉末在底部积累并在压力作用下从间隙向上运输的情况，从而提高送粉效率，改善粉末预压实效果；

装置采用传送轴的双悬臂布置，提高了装置稳定性，减少工作时产生的振动，从而提高打印精度；

主电机和螺杆电机在满足转速和转矩的要求下，充分利用了电机的功率，且电机的转速低，调速精度高，易于后续探究试验的进行；

通过配置粉末的成分含量，可以实现混合材质的零件打印；

磨头通过将金属粉末逐步压实并最终成型于金属表面的过程，实现了无固液相变的增材制造，使得成型材料更加紧密，微观缺陷更少，打印件的质量更高，且因为粉末传输筒的腔壁为静止的，对传送轴的转速要求不高，所以减少了螺杆电机的功率，节约了电能；

螺杆电机与主电机在功能上可独立对送粉和摩擦起作用，可以精确控制磨头与传送轴的转速，对研究不同材料成型效果的试验以及参数调节更加方便，在控制上也可以非常方便的按照打印每种材料的属性去调节磨头转速以及传送轴的转速；

本装置的通用性较高，可以安装到不同的数控铣床或者是加工中心的机床上。

根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为图1中B处放大图；

图4为本发明的局部剖切结构示意图；

图5为本发明的俯视图；

图6为本发明的结构示意图。

其中，图1-6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1第一单向推力轴承、2第一螺钉、3上端盖、4第二螺钉、5上轴承座、6第一深沟球轴承、7孔用弹性挡圈、8传送轴、9第三螺钉、10轴用弹性挡圈、11螺杆电机、12第一平键、13螺杆电机安装板、14进粉室、15第一密封圈、16第四螺钉、17第五螺钉、18下固定板、19粉末传输筒、20第二深沟球轴承、21第六螺钉、22第三深沟球轴承、23第七螺钉、24从动同步带轮、25第四深沟球轴承、26盖、27第八螺钉、28第二密封圈、29磨头、30第一圆柱销、31第二单向推力轴承、32挡盖、33第九螺钉、34同步带、35第二平键、36主动同步带轮、37垫套、38第十螺钉、39主电机、40第十一螺钉、41第二圆柱销、42第十七螺钉、43第十二螺钉、44小套、45U板、46张紧轮、47螺母、48第十三螺钉、49小轴、50第一立板、51第二立板、52下板、53第十四螺钉、54第十五螺钉、55第十六螺钉。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1-6，本发明的第一方面提供了一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，包括：

主体支撑结构，包括：上端盖3、第一立板50、第二立板51、中部固定台和下板52，上端盖3上端通过第一螺钉2从下向上与外部机床的主轴连接，以将本装置安装在数控铣床或加工中心上使用，上端盖3上端周向设置有两个弹性套，且采用第十一螺钉40夹紧主轴，通过第二螺钉3将上轴承座5固定在上端盖3底部，施加作用力将第一单向推力轴承1和第一深沟球轴承6压入上轴承座5内，第一立板50和第二立板51的上端分别通过第十六螺钉55与上端盖3固定，且采用第二圆柱销41进行定位装配，第一立板50和第二立板51的下端通过第十五螺钉54与下板52固定，下板52通过第十四螺钉53与下固定板18固定。

下固定板18为一块n型板，且上表面设置有两个通孔，其中一个通孔的上端设置有挡盖32，挡盖32通过第九螺钉33与下固定板18装配，下板52通过第十四螺钉53与下固定板18固定装配。

上轴承座5内壁通过开槽固定有孔用弹性挡圈7，与第一深沟球轴承的端部外侧相贴合。

旋转摩擦机构，包括：主电机39、主动同步带轮36、同步带34、从动同步带轮24和磨头29，主电机39的输出轴穿过下固定板18的另一个通孔，主电机39的法兰上的四个安装螺孔与中部固定台安装螺孔相对应，主电机39的输出轴利用第二平键35连接并驱动主动同步带轮36套转动，主电机39的输出轴和主动同步带轮36套之间采用过盈配合进行轴向定位，同步带34嵌套在主动同步带轮36和从动同步带轮24上，以将主电机39旋转动力传至从动同步带轮24，从动同步带轮24的外壁上端通过设置第二深沟球轴承20与下固定板18的一个通孔转动连接，从动同步带轮24的外壁下端通过设置第四深沟球轴承25与下板52的孔转动连接，完成定位，从动同步带轮24与磨头29通过周向的螺栓连接，将扭矩传递到磨头29上，磨头29设置在第二单向推力轴承31上；

第二单向推力轴承31套在从动同步带轮24的下端，第二单向推力轴承31上面顶在下板52的底部，且下面顶在摩头上，第二单向推力轴承31的外径壳套在盖26内侧，盖26通过第七螺钉23连接在下板52上；

磨头29通过第八螺钉27和第一圆柱销30装配在从动同步带轮24上；

同步带34的中部设有张紧装置，张紧装置包括：张紧轮46、第十三螺钉48、螺母47、小轴49和U板45，中部固定台侧壁螺接第十三螺钉48，螺母47与第十三螺钉48相螺接且抵接在中部固定台外壁，第十三螺钉48的末端抵接U板45，U板45中部开口横向朝向同步带34，且U板45滑动安装在中部固定台和下板52之间，小轴49上下两端通过第十二螺钉43固定在U板45内部，小轴49侧壁转动安装张紧轮46，张紧轮46外壁与同步带34外壁相贴合，通过第十三螺钉48的旋转推进U板45移动，并带动涨紧轮将同步带34张紧。

送粉机构，包括：螺杆电机11，进粉室14，传送轴8和粉末传输筒19，螺杆电机11为L型减速电机，螺杆电机11通过第三螺钉9与螺杆电机安装板13固定，第五螺钉17分别贯穿螺杆电机安装板13和进粉室14并固定在上端盖3上，进粉室14与粉末传输筒19通过第四螺钉16固定连通，其中螺杆电机11、螺杆电机安装板13、进粉室14和粉末传输筒19均设有定位台保证之间的孔的同轴度，且传送轴8分别穿管孔，传送轴8上端轴肩穿过第一深沟球轴承6顶在第一单向推力轴承1，螺杆电机11通过键槽和第一平键12与传送轴8连接，传送轴8下端为悬臂式结构，延伸至磨头29的上端，整个粉末输送路径由粉末室、粉末传输筒19和磨头29组成，粉末室通过螺栓孔与机床连接件连接，粉末传输筒19通过螺栓孔与粉末室连接，连接处均设有台阶定位，保证同心度，传送轴8与螺杆电机11口交界处设有第一密封圈15，防止粉末进入螺杆电机11，粉末传输筒19出口处设置第二密封圈28，防止粉末进入从动同步带轮24与粉末传输筒19的间隙中，传输筒与同步带34轮之间采用第三深沟球轴承22定位。

传送轴8的侧壁上端开设有凹槽，凹槽内部卡接轴用弹性挡圈10，轴用弹性挡圈10的端面设置在螺杆电机11外壳的卡槽的上下断面，防止传送轴因重力作用下落。

在下板52上呈阵列分布有第六螺钉21，用于将第一立板50和第二立板51装配固定在下板52上。

在主电机39与主动同步带轮36之间设置有垫套37，用于主动同步带轮36与主电机39之间发生摩擦。

在粉末传输筒19的边部和进粉室14的边部设置有第十七螺钉，用以保证粉末传输筒19与进粉室14固定后具有良好的同轴度。

小套44卡在张紧轮46的小轴49上，支撑张紧轮的U板与张紧轮小轴配合完成固定作用，用于约束张紧轮46的小轴49的轴向运动。

进一步地，粉末传输筒19内壁设置有第一直径段和第二直径段，第一直径段的直径大于第二直径段的直径，第一直径段的底端与第二直径段的顶端之间为逐渐收窄的第一收窄段1901，以及传送轴8侧壁设置有第三直径段和第四直径段，第三直径段的直径大于第四直径段的直径，第三直径段的底端与第四直径段的顶端之间为逐渐收窄的第二收窄段801。

工作原理：

如图1粉末进入磨头的路径为进粉室、传送轴和粉末传输筒之间的缝隙，粉末在重力的作用下由进粉室的进粉口进入，沿着进粉末室的粉管道进入粉末室，在螺杆电机的驱动下，传送轴旋转将粉末室的粉末向下输送并将粉末压实，粉末沿着粉末传输筒向下运动至第一收窄段和第二收窄段之间的中空腔进行大程度压缩，随后粉末传输筒收缩，体积减小压力增大，粉末进入粉末传输筒下端的收窄部位，对应部位的传送轴为变距螺纹，使粉末层层压缩，当粉末进入磨头的出料孔和传送轴之间时，粉末的压实程度加大，此时由于磨头在工件表面摩擦产生的热量会传导至出料孔内壁，使得粉末预先预热，最终热而实的粉末泥从出粉口挤出附着在工件表面，在磨头的挤压下达到所需的温度和压力，堆积在工件表面，增材成型。

在此期间，粉末向下挤压的同时会给传送轴一个向上的力，此反作用力由传送轴上端第一单向推力轴承克服，而磨头受工件表面的反作用力由磨头上端第二单向推力轴承来承受。

磨头的动力来源为主电机，采用三相变频电机，通过变频调节转速，带动主同步带轮转动，通过同步带带动从动同步带轮转动，进而带动磨头转动，通过对主电机的电控制来控制磨头的旋转扭矩。同步带上设有张紧装置，保证皮带张紧程度。

本粉末搅拌摩擦增材制造设备增材头所用材料为40um的金属粉末，常用的有铝合金粉末，铜粉，钛合金粉末，以及按照一定比例调和而成的组合粉末。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，包括：

旋转摩擦机构，包括有用于出料的磨头(29)；

送粉机构，包括螺杆电机(11)和传送轴(8)；所述传送轴(8)上同轴套设有粉末传输筒(19)，且均与所述磨头(29)同轴设置，所述螺杆电机(11)的输出端沿轴线开设有孔体，所述传送轴(8)的中部与所述孔体相连；

主体支撑架，用于安装所述旋转摩擦机构和所述送粉机构，所述传送轴(8)和所述磨头(29)转动安装在所述主体支撑架上，所述传送轴(8)的顶端与所述主体支撑架转动连接；

其中，所述粉末传输筒(19)与所述传送轴(8)之间的间隙为0.01mm-1mm，且粉末传输筒(19)与传送轴(8)之间还设置有与间隙相连通的中空腔。

2.根据权利要求1所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述旋转摩擦机构还包括：

主电机(39)，安装在所述主体支撑架上；

传动机构，用于连接所述主电机(39)和所述磨头(29)，以使所述主电机(39)能够带动所述磨头(29)转动；

其中，所述传动机构设置在所述传送轴(8)的下端。

3.根据权利要求2所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述传动机构包括：

主动同步带轮(36)，安装在所述主电机(39)的输出轴；

从动同步带轮(24)，与所述磨头(29)相连，所述从动同步带轮(24)转动安装在所述粉末传输筒(19)上，且所述从动同步带轮(24)外壁上中两端均与所述主体支撑架转动连接；

同步带(34)，分别套设在所述主动同步带轮(36)和所述从动同步带轮(24)上。

4.根据权利要求3所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述主体支撑架上安装有盖(26)，所述盖(26)开设有供所述磨头(29)穿过的通孔，所述磨头(29)顶部和所述从动同步带轮(24)外壁下端均与所述盖(26)内壁转动连接。

5.根据权利要求3所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述主体支撑架上设置有张紧装置，所述张紧装置的移动端抵接所述同步带(34)；和/或

所述主体支撑架上安装有上轴承座(5)，所述上轴承座(5)中部开设有用于放置所述传送轴(8)顶部的导转槽；所述所述传送轴(8)的顶部开设有环形槽，所述环形槽的底部和所述传送轴(8)侧壁均与所述导转槽内壁转动连接。

6.根据权利要求1所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述传送轴(8)侧壁设置有用于向下输送所述粉末的螺纹。

7.根据权利要求1所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述送粉机构还包括：

进粉室(14)，安装在所述主体支撑架上，所述进粉室(14)开设有与所述粉末传输筒(19)相连通的腔体。

8.根据权利要求6所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述粉末传输筒(19)中部内壁设置有逐渐收窄的第一收窄段(1901)，以及所述螺纹与所述第一收窄段(1901)对应的部位向下螺距逐渐减小；

所述传送轴(8)设置有之间逐渐减小的第二收窄段(801)，所述第二收窄段(801)沿所述传送轴(8)轴线方向高于所述第一收窄段(1901)，以使所述传送轴(8)侧壁和所述粉末传输筒(19)内壁之间形成中空腔；

其中，所述螺纹与所述第一收窄段(1901)对应的部位向下螺距逐渐减小。

9.根据权利要求8所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述中空腔横向对应所述从动同步带轮(24)与所述粉末传输筒(19)的转动连接处；和/或

所述第一收窄段与所述传送轴(8)轴线的夹角与所述第二收窄段与所述传送轴(8)轴线的夹角相等；和/或

所述传送轴(8)在第二收窄段下方的直径相等，以及所述粉末传输筒(19)在所述第一收窄段下方的内径相等，且之间的横向间隙为0.01mm-1mm。

10.根据权利要求1所述的一种粉末搅拌摩擦增材制造设备的增材头，其特征在于，所述磨头(29)的中部开设有用于出料的出料孔，所述出料孔为漏斗形。

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