用于将原料棒装载到增材摩擦搅拌沉积机中的方法和容器技术

本公开描述了一种用于将原料棒装载到增材摩擦搅拌沉积机(AFSD)中的方法和容器。该方法包括将多个原料棒容纳在邻近增材摩擦搅拌沉积机的心轴设置的容器中。该方法还包括将多个原料棒中的一个原料棒移动成与增材摩擦搅拌沉积机的心轴轴向对准。拌沉积机的心轴轴向对准。拌沉积机的心轴轴向对准。

【技术实现步骤摘要】
用于将原料棒装载到增材摩擦搅拌沉积机中的方法和容器


[0001]本专利技术涉及增材制造，更具体地，涉及一种增材摩擦搅拌沉积(AFSD)机。

技术介绍

[0002]在增材制造中，通常一层一层地沉积材料以形成三维部件。增材制造因其能够使用多种材料(包括陶瓷、玻璃、热塑性塑料和金属粉末)形成具有复杂几何形状的部件而广受欢迎。
[0003]增材制造包含以不同方式沉积材料的不同技术。例如，定向能量沉积和材料挤出增材制造涉及熔融材料的沉积。其他技术烧结粉末材料以构建层，如某些类型的粉末床熔化。然而其他增材制造技术是固态的。一种此类技术被称为增材摩擦搅拌沉积(AFSD)。在AFSD中，通过摩擦力将增材材料沉积在基材或预先形成的层上，该摩擦力在不将材料加热到其熔点的情况下搅拌材料并使其变形。因此，AFSD能够在低热量水平下制造具有所需材料性能的部件，而无需烧结和其他后处理。AFSD还可以支持形成可广泛扩展的部件尺寸和几何形状、修复和涂覆工艺，以及制造、使用多种材料和在露天环境中操作。
[0004]在AFSD的一些实现方式中，心轴接收增材材料，并旋转以在材料/基材界面处给材料施加摩擦力，从而搅拌、软化和沉积材料。在一些实例中，增材材料采用固体、离散的原料棒的形式，这些原料棒被逐一供给入心轴中。然而，以这种方式装载心轴会带来各种挑战，对AFSD的制造过程产生不利影响。例如，当装载另一个原料棒时，必须在重新装载之前使心轴停止旋转。结果，部件形成被中断。此外，在一些实例中，心轴还必须移动到中间位置以重新装载原料，然后在恢复沉积之前相对于部件移动回到适当位置。这些过程中断降低了总平均沉积速率，并需要操作员干预来重新装载原料。
[0005]这种中断的另一个结果是沉积的原料在中断期间会经历冷却期，这可能会降低由这种原料形成的部件的质量并限制潜在的部件几何形状。此外，在逐个装载原料棒的一些实例中，必须在利用完整个原料棒之前停止沉积过程。在这些实例中，供给入心轴中的每个原料棒的末端部分未被沉积，从而产生浪费。因此，鉴于上述情况，在使用原料棒的AFSD制造工艺中存在挑战，例如提高沉积速度和提高沉积材料的质量。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，根据本公开的一个方面，提供了一种用于将原料棒装载到增材摩擦搅拌沉积(AFSD)机中的方法。在这个方面，该方法包括将多个原料棒容纳在邻近增材摩擦搅拌沉积机的心轴设置的容器中。该方法还包括将多个原料棒中的一个原料棒移动成与增材摩擦搅拌沉积机的心轴轴向对准。
[0007]本公开的另一方面涉及一种用于将原料棒装载到增材摩擦搅拌沉积机中的容器。在这个方面，该容器包括准备(staging)机构，该准备机构配置成将保持在容器内的多个原料棒中的一个原料棒移动成与增材摩擦搅拌沉积机的心轴轴向对准。
[0008]本公开的另一方面涉及一种用于将原料棒装载到增材摩擦搅拌沉积机中的系统。
在这个方面，该系统包括配置成保持多个原料棒的容器。在这个方面，该系统还包括准备机构，该准备机构配置成将多个原料棒中的一个原料棒移动成与增材摩擦搅拌沉积机的心轴轴向对准。在这个方面，该系统还包括装载致动器，该装载致动器配置成将一个原料棒插入增材摩擦搅拌沉积机的心轴中。
[0009]已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立实现，或者可以在其他实施方式中组合，参考以下描述和附图，将会明白其进一步的细节。
附图说明
[0010]图1A-1C示出了描述根据本公开的实例实施方式的增材摩擦搅拌沉积(AFSD)系统和AFSD机的一些部分的图示。
[0011]图2示出了示意性描绘根据本公开的实例实施方式的图1A-1C的AFSD系统的容器的平面剖视图。
[0012]图3示出了根据本公开的实例实施方式的包括准备致动器的图1A-1C的AFSD系统的剖视图。
[0013]图4示出了根据本公开的实例实施方式的包括准备弹簧的图1A-1C的AFSD系统的剖视图。
[0014]图5示出了根据本公开的实例实施方式的包括旋转杆的图1A-1C的AFSD系统的剖视图。
[0015]图6示出了根据本公开的实例实施方式的包括另一旋转杆的图1A-1C的AFSD系统的容器的平面剖视图。
[0016]图7示出了根据本公开的实例实施方式的包括链条的图1A-1C的AFSD系统的容器的平面剖视图。
[0017]图8示出了根据本公开的实例实施方式的包括图7的容器和链条的图1A-1C的AFSD系统的剖视图。
[0018]图9示出了包括旋转齿轮的图1A-1C的AFSD系统的容器的图示。
[0019]图10示出了说明将原料棒装载到AFSD机中的方法的流程图。
具体实施方式
[0020]鉴于以上所讨论的考虑，提供了涉及在增材摩擦搅拌沉积(AFSD)制造中装载用于沉积的原料棒的系统、方法和设备。简而言之，将多个原料棒保持在AFSD机的容器中，其中一个原料棒通过准备(staging)机构从准备位置移动成与AFSD机的心轴轴向对准。多个原料棒通过不同的结构和/或机构，例如螺旋弹簧、链条和齿轮总成保持在容器中。准备机构可以采取不同的形式，包括致动器(例如，电机)、准备弹簧和杆的形式。
[0021]使用容器来保持和准备多个原料棒使得能够将各个棒供给入心轴中并基本上连续地沉积。如此，这种容器使得能够以提高的平均沉积速率以及减少操作者的参与或不需要操作者参与而操作AFSD机。本文描述的实例实现方式还允许在不停止心轴旋转的情况下准备和装载原料棒。基本上连续地沉积原料也减少了由于中断沉积而产生的冷却期，从而使得部件质量更高且几何形状更复杂。此外，可以完全沉积每个原料棒，从而减少浪费。结果，部件的产量可以更高且成本降低。
[0022]图1A-1C图示了包括AFSD机102的一些部分的实例AFSD系统100。AFSD系统100包括邻近AFSD机102的心轴108设置的容器104。容器104配置成保持多个原料棒106。每个原料棒106的剖面为键状，以容置在延伸穿过心轴108的对应成形的的孔115中。如此，参考图1B，单独的原料棒106A通过旋转心轴108向下供给，以在旋转的原料棒106A和先前形成的层114(在图1B的实例中)或基材118的界面处产生摩擦加热。当基材118和旋转心轴108相对于彼此移动时，原料棒106A的这种摩擦加热和旋转会使原料棒106A搅动并变形，从而产生软化的材料，该软化的材料被沉积以在基材118上形成的部件116的先前形成的层114的顶部上形成新层112。
[0023]在图1A-1C的实例中，原料棒106具有正方形剖面。在其他实例实现方式中，原料棒可以采用矩形、三角形和其他合适的剖面。此外，心轴108和容器104同步旋转，如109所指示，以使得能够连续装载多个原料棒106而不使心轴停止旋转，如下面更详细所描述。在不同的实现方式中，容器104固定地或可移除地联接到心轴108，以促进这种同步旋转。在一些实例中，装载致动器110也可以与容器104本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将原料棒(106)装载到增材摩擦搅拌沉积机(102)中的方法(1000)，所述方法(1000)包括：将多个原料棒(106)容纳(1002)在邻近所述增材摩擦搅拌沉积机(102)的心轴(108)设置的容器(104)中；以及将所述多个原料棒(106)中的一个原料棒(106A)移动(1008)成与所述增材摩擦搅拌沉积机(102)的所述心轴(108)轴向对准。2.根据权利要求1所述的方法(1000)，还包括将所述一个原料棒(106A)插入(1020)所述增材摩擦搅拌沉积机(102)的所述心轴(108)中。3.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中将所述一个原料棒(106A)移动(1008)成与所述心轴(108)轴向对准包括使所述一个原料棒(106A)与至少一个准备致动器(300A)接触(1010)。4.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中将所述一个原料棒(106A)移动(1008)成与所述心轴(108)轴向对准包括致动(1012)至少一个弹簧(400)以移动所述一个原料棒(106A)。5.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中将所述一个原料棒(106A)移动(1008)成与所述心轴(108)轴向对准包括使所述一个原料棒(106A)与至少一个旋转杆(500)接触(1014)。6.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中经由链条(700)将所述容器(104)中的所述多个原料棒(106)彼此连接，并且其中将所述一个原料棒(106A)移动(1008)成与所述心轴(108)轴向对准包括经由联接到所述链条(700)的电机(702)驱动(1016)所述多个原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗盖，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：