用于固态增材制造的工具头组件制造技术

本发明专利技术涉及用于固态增材制造的工具头组件。一种用于固态增材制造设备(100)的工具头组件(104)包括具有材料通道(120)的工具头(110)，该材料通道被构造成在其中接收材料。工具头(110)被构造成将来自材料通道(120)的材料沉积到固态增材制造设备(100)的基底(102)上，以在基底(102)上形成材料的至少一层(142)。工具头(110)包括肩部(130)，该肩部被构造成接触材料，使得工具头(110)的旋转摩擦地搅动材料。工具头组件(110)包括屏障(112)，该屏障(112)被构造成随着至少一层被沉积到基底(102)上而沿着至少一层(142)的侧表面(154)延伸，使得屏障(112)被构造成约束材料以免挤出超过肩部(130)的边缘(136)。

【技术实现步骤摘要】
用于固态增材制造的工具头组件
本专利技术涉及用于固态增材制造的工具头组件。
技术介绍
增材制造工艺在基底上沉积材料的一层或多层以增材地构建结构，例如制造物体、包覆现有物体或修复物体的现有结构。固态增材制造工艺涉及塑化供给材料以形成精加工层，这与熔化供给材料的其它增材制造工艺相反，其它增材制造工艺诸如立体光刻、选择性激光烧结(SLS)、熔丝制造(FFF)和选择性激光熔化(SLM)工艺等。固态增材制造工艺的一个实例是增材摩擦搅拌(AFS)，增材摩擦搅拌(AFS)通常也被称为摩擦搅拌增材制造(FSAM)。在AFS工艺中，旋转工具头用于将供给材料(例如，杆、粉末等)旋转并推动到基底(或最近沉积层)上。在轴向负载和旋转下，供给材料被局部加热和塑化，使得供给材料在工具头的肩部下方向外挤出。随着工具头移开(例如，横向地等)，工具头在后方留下熔合到基底(或最近沉积层)的材料层。然而，在现有系统中，AFS工艺会产生相对大量的飞边，必须经由一个或多个二次机械加工工艺去除该飞边以对该结构进行精加工。例如，仅通过塑化材料和肩部之间产生的摩擦来约束塑化供给材料以免流过工具头的肩部的边缘。结果，在AFS工艺期间，塑化供给材料挤出超过肩部的边缘(例如，从肩部下方挤出)并由此形成飞边。由AFS工艺产生的飞边可能是相对大量的，例如在工艺期间消耗(即沉积)的供给材料的50％之多。去除飞边所需的二次机械加工工艺增加了使用AFS工艺构建结构所需的成本和时间。为了产生较少的飞边，在AFS工艺期间沉积的层的厚度已经减小。然而，减小的层厚度增加了构建结构所需的层数，这更加耗时并且也更加昂贵。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种用于固态增材制造设备的工具头组件。工具头组件包括工具头，该工具头具有被构造成在其中接收材料的材料通道。工具头被构造成将来自材料通道的材料沉积到固态增材制造设备的基底上以在基底上形成材料的至少一层。工具头包括肩部，该肩部被构造成接触材料，使得工具头的旋转摩擦地搅动材料。工具头组件包括屏障，该屏障被构造成随着至少一层被沉积到基底上而沿着至少一层的侧表面延伸，使得屏障被构造成约束材料以免挤出超过肩部的边缘。在另一方面，提供了一种固态增材制造设备。该固态增材制造设备包括基底和工具头，该工具头具有被构造成在其中接收材料的材料通道。工具头被构造成将来自材料通道的材料沉积到基底上以在基底上形成材料的至少一层。工具头包括肩部，该肩部被构造成接触材料，使得工具头的旋转摩擦地搅动材料。固态增材制造设备包括屏障，该屏障被构造成随着至少一层被沉积到基底上而沿着至少一层的侧表面延伸，使得屏障被构造成约束材料以免挤出超过肩部的边缘。在另一方面，提供了一种用于固态增材制造的方法。该方法包括通过工具头供给材料以将材料沉积到基底上，从而在基底上形成材料的至少一层，随着材料被沉积到基底上，使工具头旋转，使材料与工具头的肩部接触，使得工具头的旋转摩擦地搅动材料，以及使用随着材料被沉积到基底上而沿着至少一层的侧表面延伸以约束材料的屏障来约束材料以免挤出超过工具头的肩部的边缘。附图说明图1是固态增材制造(SSAM)设备的实现方式的立体图。图2是图1所示的SSAM设备的横截面图。图3是图1和图2中所示的SSAM设备的平面图。图4是SSAM设备的另一实现方式的横截面图。图5是SSAM设备的又一实现方式的平面图。图6是图5所示的SSAM设备的正视图。图7是SSAM设备的另一实现方式的平面图。图8是SSAM设备的又一实现方式的立体图。图9是示出根据一实现方式的用于SSAM的方法的流程图。图10是飞行器的实现方式的示意图。图11是飞行器生产和维修方法的实现的方框图。具体实施方式当结合附图阅读时，将更好地理解前述
技术实现思路
以及某些实施方式和实现方式的以下详细描述。如本文所用，以单数叙述且前面有词语“一”或“一个”的元件或步骤应理解为不一定排除元件或步骤的复数。此外，对“一个实施方式”或“一个实现方式”的引用不旨在被解释为排除也结合了所记载的特征的附加实施方式或实现方式的存在。此外，除非明确地相反地陈述，否则“包括”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施方式可包括不具有该性质的附加元件。尽管使用了诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“竖直”等的各种空间和方向术语来描述本公开的实施方式和实现方式，但是应当理解，这些术语仅相对于附图中所示的定向使用。该定向可以被颠倒、旋转或以其它方式改变，使得如果该结构被翻转180度，则顶侧变为底侧，如果该结构被枢转90度，则顶侧变为左侧或右侧，等等。本公开的某些实现方式提供了一种用于固态增材制造(SSAM)设备的工具头组件。工具头组件包括工具头，该工具头具有被构造成在其中接收材料的材料通道。工具头被构造成将来自材料通道的材料沉积到固态增材制造设备的基底上以在基底上形成材料的至少一层。工具头包括肩部，该肩部被构造成接触材料，使得工具头的旋转摩擦地搅动材料。工具头组件包括屏障，该屏障被构造成随着至少一层被沉积到基底上而沿着至少一层的侧表面延伸，使得屏障被构造成约束材料以免挤出超过肩部的边缘。本公开的某些实现方式使得能够实现产生较少飞边的SSAM工艺。本公开的某些实现方式减少了对使用SSAM工艺构建的结构进行精加工所需的一个或多个二次精加工工艺(例如，机械加工工艺等)的持续时间。本公开的某些实现方式减少了对使用SSAM工艺构建的结构进行精加工所需的二次精加工工艺的数量。本公开的某些实现方式消除了对一个或多个二次精加工工艺的需要。本公开的某些实现方式减少了使用SSAM工艺构建结构所需的时间量。本公开的某些实现方式降低了使用SSAM工艺来构建结构的成本。现在参考附图，在图1中提供了固态增材制造(SSAM)设备100的实现方式的立体图，而图2和图3分别提供了SSAM设备100的横截面图和平面图。参考图1至图3，SSAM设备100被构造成通过在基底或现有物体上沉积材料的一层或多层来增材地构建结构。例如，SSAM设备100在一些实现方式中用于制造物体，而在其它实现方式中SSAM设备100用于用包覆材料包覆现有物体或修复现有物体的结构。在本文示出和描述的实现方式中，SSAM设备100是被构造成使用AFS工艺构建结构的增材摩擦搅拌(AFS)装置。然而，由本文的教导所指导的本领域普通技术人员将理解，SSAM设备100不限于AFS工艺，也通常称为摩擦搅拌增材制造(FSAM)。相反，本公开适用于任何其它类型的SSAM工艺。如图1至图3所示，SSAM设备100包括基底102和工具头组件104。基底102沿着中心纵向轴线106延伸一定长度，并且包括沉积表面108。如本文所用(例如，在呈现的权利要求中、在具体实现方式的其余部分中等)，“基底”可互换地用于指代：(1)基底(例如，基底102)，在该基底上沉积一个或多个层以制造物体；以及(2)现有物体，在该现有物体上沉积用于包覆、修复等的一个层或多个层。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于固态增材制造设备(100)的工具头组件(104)，所述工具头组件(104)包括：/n工具头(110)，所述工具头(110)包括被构造成在其中接收材料的材料通道(120)，所述工具头(110)被构造成将来自所述材料通道(120)的所述材料沉积到所述固态增材制造设备(100)的基底(102)上以在所述基底(102)上形成所述材料的至少一层(142)，所述工具头(110)包括肩部(130)，所述肩部被构造成接触所述材料，使得所述工具头(110)的旋转摩擦地搅动所述材料；以及/n屏障(112)，所述屏障(112)被构造成随着所述至少一层(142)被沉积到所述基底(102)上而沿着所述至少一层(142)的侧表面(154)延伸，使得所述屏障(112)被构造成约束所述材料以免挤出超过所述肩部(130)的边缘(136)。/n

【技术特征摘要】
20190422 US 16/391,0651.一种用于固态增材制造设备(100)的工具头组件(104)，所述工具头组件(104)包括：
工具头(110)，所述工具头(110)包括被构造成在其中接收材料的材料通道(120)，所述工具头(110)被构造成将来自所述材料通道(120)的所述材料沉积到所述固态增材制造设备(100)的基底(102)上以在所述基底(102)上形成所述材料的至少一层(142)，所述工具头(110)包括肩部(130)，所述肩部被构造成接触所述材料，使得所述工具头(110)的旋转摩擦地搅动所述材料；以及
屏障(112)，所述屏障(112)被构造成随着所述至少一层(142)被沉积到所述基底(102)上而沿着所述至少一层(142)的侧表面(154)延伸，使得所述屏障(112)被构造成约束所述材料以免挤出超过所述肩部(130)的边缘(136)。


2.根据权利要求1所述的工具头组件(104)，其中，所述屏障(112)是第一屏障(112a)并且所述侧表面(154)是第一侧表面(154a)，所述至少一层(142)包括与所述第一侧表面(154a)相对地延伸的第二侧表面(154b)，所述工具头组件(104)包括第二屏障(112b)，所述第二屏障被构造成随着所述至少一层(142)被沉积到所述基底(102)上而沿着所述至少一层(142)的所述第二侧表面(154b)延伸。


3.根据权利要求1所述的工具头组件(104)，其中，所述工具头(110)被构造成随着所述工具头(110)将所述材料的所述至少一层(142)沉积在所述基底(102)上而沿着所述基底(102)的纵向轴线(106)移动，所述屏障(112)被构造成与所述工具头(110)一起沿着所述基底的所述纵向轴线(106)移动。


4.根据权利要求1所述的工具头组件(104)，其中，所述屏障(112)包括轴承(152)。


5.根据权利要求1所述的工具头组件(104)，其中，所述屏障(112)包括辊，所述辊被构造成，在所述至少一层(142)的沉积期间，随着所述屏障(112)沿着所述至少一层(142)的长度移动而绕旋转轴线(156)自由地旋转。


6.根据权利要求1所述的工具头组件(104)，其中，所述屏障包括沿着所述基底(102，302)的纵向轴线(306)延伸的轨道(352)，所述轨道(352)沿着所述纵向轴线(306)固定就位。


7.根据权利要求1所述的工具头组件(104)，其中，所述工具头(110)被构造成随着所述工具头(110)将所述材料的所述至少一层(142)沉积在所述基底(102，302)上而沿着所述基底(102，302...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·韦尔马，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US