CN219379326U - 一种辅助加热的固态增材装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种辅助加热的固态增材装置，包括可竖向移动的安装架、可带动耗材棒转动的支撑装置和用于对搅拌工具和/或耗材棒进行加热以使耗材棒在棒料通道内软化形成塑性形变流的加热组件，支撑装置包括具有棒料通道的底部支撑装置和带动耗材棒下压以使塑性形变流与基板的表面或已形成的上一涂层表面接触。本实用新型通过设置加热组件，以对空心搅拌工具的棒料通道内壁以及置于棒料通道内的耗材棒进行加热，使得耗材棒在未抵达基材表面前就已软化形成塑性形变流，不仅提高了固态增材效率，而且减小了耗材棒所需的下压力，使得高温合金材料的固态增材制造成为可能，同时能够对耗材棒进行加长，以便于一次性制造更大尺寸的零件。

Description

一种辅助加热的固态增材装置

技术领域

本实用新型涉及固态增材技术领域，尤其是涉及一种辅助加热的固态增材装置。

背景技术

固态增材是采用内部填充耗材棒的空心搅拌工具，带动耗材棒旋转并水平移动，耗材棒在旋转的同时还相对空心搅拌工具向下移动与基材表面或已形成的上一涂层表面接触，耗材棒底端与基材相对运动发生剧烈摩擦形变产热，形成塑性形变流后与空心搅拌工具轴肩作用形成涂层，并涂覆在基材上。

固态增材过程中热源是通过耗材棒在旋转下压及空心搅拌工具作用下剧烈形变产热，对于高温合金等高温性能优异的材料则需要对耗材棒施加较大的下压力，方能实现剧烈摩擦产热，但过大的下压力不便于耗材棒转动，因而对于在高温合金等高温性能优异的材料难以实现剧烈形变导致固态增材技术无法对其应用；其次，过大下压力使得耗材棒长度被限制，不便于一次性制造更大尺寸的零件。

实用新型内容

本实用新型提供一种辅助加热的固态增材装置，以解决现有技术中的问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种辅助加热的固态增材装置，包括可竖向移动的安装架、设置在所述安装架上并可带动耗材棒相对基板转动的支撑装置以及设置在所述安装架上的加热组件；

所述支撑装置包括位于所述安装架下部的底部支撑装置和位于所述安装架上部的顶部支撑装置；

所述底部支撑装置包括空心搅拌工具，所述空心搅拌工具上形成有轴向贯通并用于容纳耗材棒的棒料通道；

所述加热组件包括加热部，所述加热部靠近所述空心搅拌工具，以对所述空心搅拌工具和/或置于所述空心搅拌工具内的耗材棒进行加热，使得耗材棒在所述棒料通道内软化形成塑性形变流；

所述顶部支撑装置支撑于耗材棒上部，并带动耗材棒下压使所述塑性形变流与基板表面或上一涂层表面接触。

在一些实施例中，所述底部支撑装置还包括冷却装置，所述冷却装置包括：

设于所述空心搅拌工具内的冷却通道；

用于向所述冷却通道内输送冷却介质的冷却机构。

在一些实施例中，所述冷却通道包括：

至少两个竖向设置的第一通道，所述第一通道的一端贯通所述空搅拌工具的一端面；

连接在所述第一通道的另一端以将至少两个所述第一通道连通的第二通道。

在一些实施例中，所述冷却机构包括：

套设在所述空心搅拌工具外侧的冷却套筒，所述冷却套筒内具有空腔，侧壁具有与所述空腔连通的入口部；

一端连通所述空腔且另一端延伸至所述冷却通道的冷却喷嘴。

在一些实施例中，所述底部支撑装置还包括第一驱动装置，所述空心搅拌工具通过主轴与所述第一驱动装置连接，所述第一驱动装置用于驱动所述主轴带动所述空心搅拌工具转动。

在一些实施例中，所述顶部支撑装置包括：

定位套筒，所述定位套筒用于对耗材棒顶部进行定位；

支撑座，所述支撑座套设于所述定位套筒外并可相对所述定位套筒转动，所述支撑座滑动连接在安装架上并可带动定位套筒竖向运动；

第二驱动装置，所述第二驱动装置与所述定位套筒连接，用于驱动所述定位套筒带动耗材棒转动。

在一些实施例中，所述第一驱动装置的转动速度不同于所述第二驱动装置的转动速度，以使所述定位套筒与耗材棒之间产生转动速度差；或

所述第一驱动装置的转动速度等于所述第二驱动装置的转动速度，且第一驱动装置和所述第二驱动装置的转动方向相反。

在一些实施例中，所述第一驱动装置的转动速度小于所述第二驱动装置的转动速度。

在一些实施例中，所述棒料通道靠近基板的前部呈向外扩张的喇叭状，以将所述棒料通道的内壁所受到的耗材棒膨胀发生的反作用力分解为横向力与竖向力。

在一些实施例中，所述空心搅拌工具包括搅拌工具本体和可拆卸连接于所述搅拌工具本体底端的搅拌针。

在一些实施例中，所述搅拌针设有至少两根且分别位于所述搅拌工具本体径向不同位置。

在一些实施例中，所述空心搅拌工具上设有与所述主轴相嵌接以传递扭矩的连接柱。

在一些实施例中，所述辅助加热的固态增材装置还包括用于安装基板的夹持底座，所述夹持底座上开设有用于对基板及已形成的涂层进行冷却的内流道。

在一些实施例中，所述棒料通道内壁与耗材棒外壁之间设有润滑材料。

在一些实施例中，所述加热部包括套设在所述空心搅拌工具外侧的电感加热线圈；

所述加热组件还包括与所述电感加热线圈连接并用于控制所述电感加热线圈的温度的控制器。

在一些实施例中，所述辅助加热的固态增材装置还包括用于支撑于耗材棒中部的中部支撑装置；

所述中部支撑装置安装于所述安装架上，所述中部支撑装置可沿所述耗材棒竖向移动并保持在耗材棒的中部。

本实用新型具有的有益效果是：通过在靠近空心搅拌工具的位置设置加热组件，以对空心搅拌工具和/或置于空心搅拌工具内的耗材棒进行加热，使得耗材棒在未抵达基材表面前就已软化形成塑性形变流，不仅提高了固态增材效率，而且减小了耗材棒所需的下压力，使得高温合金材料的固态增材制造成为可能，同时能够对耗材棒进行加长，以便于一次性制造更大尺寸的零件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型辅助加热的固态增材装置的结构示意图；

图2为本实用新型辅助加热的固态增材装置另一视角的结构示意图；

图3为本实用新型辅助加热的固态增材装置的内部结构示意图；

图4为本实用新型底部支撑装置和加热组件的结构示意图；

图5为本实用新型底部支撑装置的结构示意图；

图6为图5中A处的放大示意图(重点展示冷却通道和冷却喷嘴的结构)；

图7为本实用新型底部支撑装置的剖视图；

图8为本实用新型冷却机构的剖视图；

图9为本实用新型空心搅拌工具结构示意图；

图10为本实用新型空心搅拌工具剖视图；

图11为本实用新型夹持底座结构示意图。

附图标号说明：

10-安装架；11-底板；12-第一侧板；13-第二侧板；

20-底部支撑装置；21-空心搅拌工具；211-棒料通道；212-冷却通道；213-连接柱；22-冷却机构；221-冷却套筒；2211-空腔；2212-入口部；222-冷却喷嘴；23-主轴；24-主轴套筒；25-第一驱动装置；251-电机；252-传动轮；26-搅拌针；

30-顶部支撑装置；31-定位套筒；32-支撑座；33-第二驱动装置；

40-中部支撑装置；41-支撑件；42-自润滑套筒；

50-加热组件；51-加热部；52-控制器；

60-耗材棒；

70-基板；

80-夹持底座；81-内流道。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实用新型提供了一种辅助加热的固态增材装置，在靠近空心搅拌工具的位置设置加热组件，以对空心搅拌工具的棒料通道内壁以及放置于棒料通道内的耗材棒进行加热，使得耗材棒在未抵达基材表面前就已软化形成塑性形变流，不仅提高了固态增材效率，而且减小了耗材棒所需的下压力，使得高温合金材料的固态增材制造成为可能，同时能够对耗材棒进行加长，以便于一次性制造更大尺寸的零件。

参照图1至图11所示，本实用新型提供的辅助加热的固态增材装置包括可竖向移动的安装架10、设置在安装架10上并可带动耗材棒60相对基板70转动的支撑装置以及设置在安装架10上的加热组件50。支撑装置包括位于安装架10下部的底部支撑装置20和位于安装架10上部的顶部支撑装置30。底部支撑装置20包括空心搅拌工具21，空心搅拌工具21上形成有轴向贯通并用于容纳耗材棒60的棒料通道211。加热组件50包括加热部51，加热部51靠近空心搅拌工具21，以对所述空心搅拌工具21和/或置于所述空心搅拌工具21内的耗材棒60进行加热，使得耗材棒60在棒料通道211内软化形成塑性形变流。顶部支撑装置30支撑于耗材棒60上部，并带动耗材棒60下压使塑性形变流与基板70表面或上一涂层表面接触。

需要说明的是，在进行固态增材制造时，塑性形变流的温度需低于耗材棒60的熔点温度，以保证在基板70表面或上一涂层表面形成固态涂层。耗材棒60的材质可以为金属合金材料、金属-陶瓷复合材料或有机材料。

安装架10用于为支撑装置提供支撑，并可带动支撑装置竖向移动，以形成上下堆叠的涂层块。安装架10可以包括底板11、垂直连接在底板11一侧的第一侧板12及垂直连接在底板11另一侧的第二侧板13。

底部支撑装置20安装在底板11底面用于对耗材棒60底端进行支撑。棒料通道211设置在空心搅拌工具21的中心，使得耗材棒60与空心搅拌工具21同轴心设置。空心搅拌工具21可用于带动耗材棒60相对基板70转动，或者空心搅拌工具21相对于耗材棒60转动。在增材制造过程中，空心搅拌工具21的底面与基板70的表面或已形成的上一涂层的表面之间需预留间隙，以便于耗材棒60形成的塑性形变流能够涂覆在基板70表面或上一涂层表面形成新的涂层。

顶部支撑装置30安装在第一侧板12上且位于底板11上方，顶部支撑装置30可用于对耗材棒60上端进行支撑以及用于带动耗材棒60下压，顶部支撑装置30还可用于带动耗材棒60相对基板70转动。

具体地，当耗材棒60为横截面呈多边形的棒体时，空心搅拌工具21上的棒料通道211为与耗材棒60的形状相适配的多边形，通过棒料通道211能够对耗材棒60径向进行限位，此时空心搅拌工具21为旋转动力，带动耗材棒60转动，而顶部支撑装置30主要用于为耗材棒60上端提供支撑并通过向下移动以施加下压力。

当耗材棒60为横截面呈圆形的棒体时，空心搅拌工具21的棒料通道211为供耗材棒60穿过的圆形，且空心搅拌工具21与耗材棒60之间能够相对转动，顶部支撑装置30用于对耗材棒60上端径向进行限位，此时顶部支撑装置30为旋转动力，带动耗材棒60转动，同时顶部支撑装置30通过向下移动以施加下压力。

具体地，底部支撑装置20还包括第一驱动装置25，空心搅拌工具21通过主轴23与第一驱动装置25连接，第一驱动装置25用于驱动主轴23带动空心搅拌工具21转动。

参见图3所示，主轴23固定在空心搅拌工具21上端，主轴23内具有与空心搅拌工具21的棒料通道211对应的通孔，便于耗材棒60穿过主轴23进入棒料通道211内。

在主轴23外侧套接有主轴套筒24，主轴套筒24可以通过螺杆固定在安装架10的底板11上，主轴23与主轴套筒24之间通过滚动轴承及止推轴承连接，从而实现主轴23旋转时轴向和径向受力，滚动轴承下端设有分别将滚动轴承的内圈和外圈进行固定的固定环，以防止滚动轴承脱落。

第一驱动装置25可以是齿轮传动机构、钢链传动机构，在本实施例中，第一驱动装置25可以包括电机251和传动轮252，电机251可以通过支架固定安装在安装架10的底板11上，传动轮252可以通过螺杆与主轴23固定连接，电机251的输出端与传动轮252之间可以通过皮带连接，当启动电机251时，可驱动皮带带动传动轮252进行转动，从而带动主轴23及与主轴23连接的空心搅拌工具21转动。

顶部支撑装置30可以包括定位套筒31、支撑座32和第二驱动装置33。定位套筒31内具有与耗材棒60末端相适配的盲孔，定位套筒31侧壁开设有径向贯通的第一定位孔，耗材棒60末端开设有径向贯通的第二定位孔，通过穿插在第一定位孔和第二定位孔内的销钉，以将定位套筒31和耗材棒60进行固定。支撑座32一端滑动连接在第一侧板12上，另一端为中空结构，定位套筒31通过止推轴承和滚动轴承安装于支撑座32的中空结构内，并通过顶部轴承定位环对定位套筒31的轴向进行定位，使得定位套筒31能够随支撑座32竖向运动，同时定位套筒31还能够相对支撑座32转动。第二驱动装置33可以包括驱动电机和顶部传动轮，驱动电机可以通过支架固定在安装架10上端，顶部传动轮可以通过螺杆与定位套筒31固定连接，驱动电机的输出端与顶部传动轮之间可以通过皮带连接，通过驱动电机可驱动皮带带动顶部传动轮进行转动，从而带动定位套筒31及与定位套筒31固定连接耗材棒60转动。

在常规技术中，第一驱动装置25和第二驱动装置33的转动速度通常是一致的，但由于空心搅拌工具21和耗材棒60工作时对转速的需求并不相同，若第一驱动装置25和第二驱动装置33的转动速度一致，会导致空心搅拌工具21和耗材棒60不能在各自最优的转速范围内进行工作，从而对固态增材的效率和增材产品的力学性能造成影响。

鉴于此，在本申请中第一驱动装置25的转动速度不同于第二驱动装置33的转动速度，以使定位套筒31与耗材棒60之间产生转动速度差。具体来说，第一驱动装置25可以是静止状态，第二驱动装置33以一定的速度驱动耗材棒60转动，此时耗材棒60除了通过加热组件50进行加热之外，还通过与空心搅拌工具21的棒料通道211内壁相互作用产热，使耗材棒60在棒料通道211加速软化并形成塑性形变流。或者是第一驱动装置25和第二驱动装置33均可以是工作状态，第一驱动装置25的转动速度为V₁,第二驱动装置33的转动速度为V₂，且V₁可以大于V₂，也可以小于V₂。在本申请的一些实施例中，由于耗材棒60需要摩擦产热，而空心搅拌工具21仅需要对塑性形变流提供搅拌作用力，因而耗材棒60所需的转速相对较高，而空心搅拌工具21所需的转速相对较低，即V₁小于V₂，这样使得耗材棒60和空心搅拌工具21均能够在各自最优的转速范围内进行工作，不仅能够提高固态增材效率，而且提高涂层之间的结合力，使增材产品的力学提升。

当然，第一驱动装置25的转动速度也可以等于第二驱动装置33的转动速度，且第一驱动装置25和第二驱动装置33的转动方向相反。例如，第一驱动装置25驱动空心搅拌工具21向左转动，第二驱动装置33则驱动耗材棒60向右转动，这样当耗材棒60相对基板70转动并带动其产生的塑性形变流向耗材棒60旋转方向偏移时，通过反向旋转的空心搅拌工具21将塑性形变流推挤至与耗材棒60旋转方向相反的另一侧，以使得涂覆在基板70上的涂层的中心基本能够位于耗材棒60与空心搅拌工具21的轴心位置，不会向耗材棒60旋转的方向偏移。

在本申请的一些实施例中，第一侧板12内侧壁上设有竖向的导轨和丝杆，支撑座32一端设有与导轨滑动连接的滑槽以及与丝杆连接的螺纹孔，丝杆端部连接驱动电机，通过电机驱动丝杆转动，从而带动支撑座32竖向移动，以实现对耗材棒60施加下压力。

由于在固态增材制造中，空心搅拌工具21往往需要长时间在高温下服役，当多余热量无法及时排除出现热量累积时，空心搅拌工具21温度升高，导致其高温力学性能下降，加剧了空心搅拌工具21的磨损并降低了其寿命。此外，空心搅拌工具21及涂层过热，将对底部上一涂层产生热处理效应，例如，发生再结晶，使得上一涂层晶粒长大，机械性能下降，从而影响增材产品整体性能。

基于此，在底部支撑装置20还可以包括冷却装置，冷却装置包括设于空心搅拌工具21内的冷却通道212和用于向冷却通道内输送冷却介质的冷却机构22。

冷却通道212可以是环绕在棒料通道211外侧的螺旋形通道，其入口端和出口端均位于空心搅拌工具21的顶面和/或侧面。参见图6和图10所示，在本申请的一些实施例中，冷却通道212包括第一通道和第二通道，第一通道竖向设置且其一端贯通空搅拌工具21的一端面，第一通道设置有至少两个且间隔分布在棒料通道211的四周，第二通道连接连接在第一通道的另一端以将至少两个第一通道连通，这样通过向任意一个第一通道内输入冷却介质后，冷却介质经第二通道后可从相邻的另一个第一通道输出，从而实现对空心搅拌工具21的冷却。由于空心搅拌工具21内部结构复杂，空心搅拌工具21的材质可以为磨具钢，并采用粉末床激光增材方法制造。

其中，冷却机构22可以包括冷却套筒221和冷却喷嘴222，冷却套筒221套设在空心搅拌工具21外侧，并可通过螺栓固定在安装架10上，冷却套筒221内具有封闭的空腔2211，侧壁具有与空腔2211连通的入口部2212，冷却套筒221可以采用粉末床增材制造方法制造，冷却喷嘴222一端连通空腔2211且另一端延伸至冷却通道212。

如图8所示，冷却喷嘴222可以设置多个且呈圆周阵列分布在冷却套筒221内侧，在本申请的一些实施例中，第一通道设置有八个，冷却喷嘴222设置有四个且间隔设置在第一通道上方，这样冷却介质经入口部2212输入空腔2211内后，可通过各冷却喷嘴222输送至与其对应的第一通道内，以对空心搅拌工具21进行冷却，之后经相邻的第一通道输出至外部。其中，冷却介质可以是冷却水或者是冷却气。

通过设置冷却装置能够降低空心搅拌工具21的温度，延长空心搅拌工具21的使用寿命，并保障增材产品性能。

加热组件50可以采用火焰喷射加热、激光加热、超声波震动加热、等离子体喷射加热、电弧加热等任意方式。参见图4所示，在本实施例中，加热部51包括套设在空心搅拌工具21外侧的电感加热线圈；加热组件50还包括与电感加热线圈连接并用于控制电感加热线圈的温度的控制器52。

电感加热线圈可以呈螺旋状环绕在空心搅拌工具21的外侧，且位于空心搅拌工具21靠近基板70的下端，使得耗材棒60在通过电感加热线圈加热后形成的塑性形变流能够直接涂覆在基板70上，控制器52可以固定在安装架10的底板11上，控制器52与电感加热线圈通过导线连接，用于控制电感加热线圈的温度。

进一步地，加热组件50还可以包括对空心搅拌工具21进行测温的热偶或者红外成像仪，通过热偶或者红外成像仪能够实时获取空心搅拌工具21端部的温度并发送至控制器52，通过控制器52则根据获取至的温度信息判断是否需要对空心搅拌工具21进行加热或者冷却。

在进行固态增材制造时，当耗材棒60向下移动至棒料通道211下端时，在加热组件50的作用下发生膨胀，在下压力作用力，耗材棒60与棒料通道211内壁产生较大的阻力，使耗材棒60难以稳定传送，同时易造成耗材棒60在受热膨胀和下压力作用下堵塞棒料通道211底部出料口，导致固态增材失败。

针对上述问题，在本申请中通过将棒料通道211靠近基板70的前部呈向外扩张的喇叭状，以将棒料通道211的内壁所受到的耗材棒60膨胀发生的反作用力分解为横向力与竖向力，从而减小耗材棒60在空心搅拌工具21内发生膨胀造成棒料通道211底部出料口堵塞的几率，使形变后的耗材棒60在下压力作用下能够顺利被推出；同时，耗材棒60能够在第二驱动装置33带动下转动并与喇叭口内壁相互作用，从而发生剧烈塑性形变产热，有助于耗材棒60快速软化形成塑性形变流，进一步减小耗材棒60所需的下压力，并且提升了固态增材效率。

其中，喇叭状向外扩张的角度为0.1-7度，内壁可以是不同的锥度，喇叭状的内壁可以设为波纹面。

参见图9至图10，空心搅拌工具21包括搅拌工具本体和可拆卸连接于搅拌工具本体底端的搅拌针26。

搅拌针26设有一根或者至少两根，且至少两根搅拌针26分别位于搅拌工具本体径向不同位置，通过搅拌针26对位于下部的涂层进行搅拌，这样使涂层之间能够更好的结合。搅拌针26可以是圆柱形，也可以是底端为尖角形状，以减小搅拌过程中的阻力。搅拌针26可以通过插接或螺纹等方式可拆卸连接在搅拌工具本体底端，这样便于对搅拌针26进行拆卸更换，同时能够调节搅拌针26延伸至搅拌工具本体外侧的长度，以适应不同材料的固态增材制造。

进一步地，为减小空心搅拌工具21与耗材棒60之间的摩擦，在棒料通道211内壁与耗材棒60外壁之间设有润滑材料。润滑材料可以是高温润滑脂或者是润滑粉。润滑材料仅为了助耗材棒60顺利向下滑动，在耗材棒60与空心搅拌工具21相对转动时，由于温度较高，润滑材料挥发，使耗材棒60与棒料通道211内壁能够相互作用产热。

进一步地，空心搅拌工具21上设有与主轴23相嵌接以传递扭矩的连接柱213。连接柱213可以设置多个，并呈圆周阵列分布在空心搅拌工具21的上端面，主轴23底面开设有与连接柱213插接配合的盲孔，通过连接柱213与盲孔嵌接，方便传递扭矩。

更进一步地，辅助加热的固态增材装置还包括用于安装基板70的夹持底座80，夹持底座80上开设有用于对基板70进行冷却的内流道81。

参见图11所示，夹持底座80包括用于支撑基板70的垫板和设置在垫板上用于夹持固定基板70的夹具，内流道81设置在垫板内部且位于基板70下方，内流道81可以呈“S”形或者蛇形或者“回”形，垫板的侧部设有分别与内流道81两端通的进流口和出流口，冷却介质经进流口进入内流道81内后，经出流口排出，从而对基板70以及下部涂层进行散热，防止基板70和/或下部涂层过热软化，造成涂层整体塌陷。

在本申请的一些实施例中，为防止耗材棒60在固态增材过程中出现中部位置挠度过大，辅助加热的固态增材装置还包括用于支撑于耗材棒60中部的中部支撑装置40。中部支撑装置40安装于安装架10上，中部支撑装置40可沿耗材棒60竖向移动并保持在耗材棒60的中部。

中部支撑装置40包括支撑件41和自润滑套筒42。支撑件41一端滑动连接在安装架10的第二侧板13上，另一端通过滚动轴承与自润滑套筒42连接，使得支撑件41和自润滑套筒42之间能够相对转动，自润滑套筒42套设在耗材棒60外侧，用于为耗材棒60提供径向支撑，防止耗材棒60在中间位置出现较大变曲形变，且滚动轴承与支撑件41及自润滑套筒42之间均设有固定环，以使得润滑套筒42能够在支撑件41的带动下沿耗材棒60轴向滑动，从而能够根据耗材棒60的长度变化随时调整支撑位置，使中部支撑装置40始终保持在未消耗的耗材棒60的中间位置。

需要说明的是，随着耗材棒60不断消耗变短，为保证中部支撑装置40保持在未消耗的耗材棒60的中间位置，中部支撑装置40下移的速度应当小于顶部支撑装置30下移的速度，例如，当顶部支撑装置30以速度V向下运动时，中部支撑装置40以0.5V的速度向下运动。

通过顶部支撑装置30和中部支撑装置40的共同作用，使得该辅助加热的固态增材装置能够装载长度较长的耗材棒60，实现一次性制造更大尺寸的零件。

其中，在第二侧板13的内侧壁上设有竖向的导轨和丝杆，支撑件41一端设有与导轨滑动连接的滑槽和与丝杆连接的螺纹孔，丝杆端部连接驱动电机，通过电机驱动丝杆转动，从而带动支撑件41竖向移动，以实现对耗材棒60中部的支撑。

其中，自润滑套筒42可以采用黄铜和石墨或者不锈钢的材质制造，内部具有与耗材棒60形状相适配的通孔。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (16)

1.一种辅助加热的固态增材装置，其特征在于，包括可竖向移动的安装架(10)、设置在所述安装架(10)上并可带动耗材棒(60)相对基板(70)转动的支撑装置以及设置在所述安装架(10)上的加热组件(50)；

所述支撑装置包括位于所述安装架(10)下部的底部支撑装置(20)和位于所述安装架(10)上部的顶部支撑装置(30)；

所述底部支撑装置(20)包括空心搅拌工具(21)，所述空心搅拌工具(21)上形成有轴向贯通并用于容纳耗材棒(60)的棒料通道(211)；

所述加热组件(50)包括加热部(51)，所述加热部(51)靠近所述空心搅拌工具(21)，以对所述空心搅拌工具(21)和/或置于所述空心搅拌工具(21)内的耗材棒(60)进行加热，使得耗材棒(60)在所述棒料通道(211)内软化形成塑性形变流；

所述顶部支撑装置(30)支撑于耗材棒(60)上部，并带动耗材棒(60)下压使所述塑性形变流与基板(70)表面或已形成的上一涂层表面接触。

2.根据权利要求1所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述底部支撑装置(20)还包括冷却装置，所述冷却装置包括：

设于所述空心搅拌工具(21)内的冷却通道(212)；

用于向所述冷却通道内输送冷却介质的冷却机构(22)。

3.根据权利要求2所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述冷却通道(212)包括：

至少两个竖向设置的第一通道，所述第一通道的一端贯通所述空心搅拌工具(21)的一端面；

连接在所述第一通道的另一端以将至少两个所述第一通道连通的第二通道。

4.根据权利要求3所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述冷却机构(22)包括：

套设在所述空心搅拌工具(21)外侧的冷却套筒(221)，所述冷却套筒(221)内具有空腔(2211)，侧壁具有与所述空腔(2211)连通的入口部(2212)；

一端连通所述空腔(2211)且另一端延伸至所述冷却通道(212)的冷却喷嘴(222)。

5.根据权利要求1所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述底部支撑装置(20)还包括第一驱动装置(25)，所述空心搅拌工具(21)通过主轴(23)与所述第一驱动装置(25)连接，所述第一驱动装置(25)用于驱动所述主轴(23)带动所述空心搅拌工具(21)转动。

6.根据权利要求5所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述顶部支撑装置(30)包括：

定位套筒(31)，所述定位套筒(31)用于对耗材棒(60)顶部进行定位；

支撑座(32)，所述支撑座(32)套设于所述定位套筒(31)外并可相对所述定位套筒(31)转动，所述支撑座(32)滑动连接在安装架(10)上并可带动定位套筒(31)竖向运动；

第二驱动装置(33)，所述第二驱动装置(33)与所述定位套筒(31)连接，用于驱动所述定位套筒(31)带动耗材棒(60)转动。

7.根据权利要求6所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述第一驱动装置(25)的转动速度不同于所述第二驱动装置(33)的转动速度，以使所述定位套筒(31)与耗材棒(60)之间产生转动速度差；或

所述第一驱动装置(25)的转动速度等于所述第二驱动装置(33)的转动速度，且第一驱动装置(25)和所述第二驱动装置(33)的转动方向相反。

8.根据权利要求7所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述第一驱动装置(25)的转动速度小于所述第二驱动装置(33)的转动速度。

9.根据权利要求7或8所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述棒料通道(211)靠近基板(70)的前部呈向外扩张的喇叭状，以将所述棒料通道(211)的内壁所受到的耗材棒(60)膨胀发生的反作用力分解为横向力与竖向力。

10.根据权利要求1或7所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述空心搅拌工具(21)包括搅拌工具本体和可拆卸连接于所述搅拌工具本体底端的搅拌针(26)。

11.根据权利要求10所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述搅拌针(26)设有至少两根且分别位于所述搅拌工具本体径向不同位置。

12.根据权利要求5所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述空心搅拌工具(21)上设有与所述主轴(23)相嵌接以传递扭矩的连接柱(213)。

13.根据权利要求1至8任意一项所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述辅助加热的固态增材装置还包括用于安装基板(70)的夹持底座(80)，所述夹持底座(80)上开设有用于对基板(70)及已形成的涂层进行冷却的内流道(81)。

14.根据权利要求1至8任意一项所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述棒料通道(211)内壁与耗材棒(60)外壁之间设有润滑材料。

15.根据权利要求1至8任意一项所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述加热部(51)包括套设在所述空心搅拌工具(21)外侧的电感加热线圈；

所述加热组件(50)还包括与所述电感加热线圈连接并用于控制所述电感加热线圈的温度的控制器(52)。

16.根据权利要求1至8任意一项所述的辅助加热的固态增材装置，其特征在于，所述辅助加热的固态增材装置还包括用于支撑于耗材棒(60)中部的中部支撑装置(40)；

所述中部支撑装置(40)安装于所述安装架(10)上，所述中部支撑装置(40)可沿所述耗材棒(60)竖向移动并保持在耗材棒(60)的中部。