本发明专利技术公开一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法及装置，S1、确定丝材配比：计算待制备的梯度材料每层所需的比例成分，确定基板两侧不同材质的丝材A和丝材B的使用比例；S2、设定送丝速率：调节基板两侧的送丝速度，将丝材A和丝材B分别通入搅拌针两侧；S3、摩擦增材：搅拌摩擦丝材A、丝材B和基板表面，使得热塑性状态的丝材A和丝材B与基板表面结合形成第一层材料；S4、梯度材料制备：重复S3直至梯度材料沉积完成。本发明专利技术能够实现摩擦增材过程送料稳定，模具可反复使用经济效益强，制备材料的可选择性多、适用范围大，制备出的梯度材料界面结合紧密，梯度增材的工作效率高。梯度增材的工作效率高。梯度增材的工作效率高。
【技术实现步骤摘要】
一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法及装置
[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别是涉及一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法及装置。
技术介绍
[0002]梯度功能材料是一种在特定方向上呈现某种性能发生连续变化的复合材料，能够根据需要选择两种及以上不同性能的材料，可改变复合呈现出的材料性能，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀以及在巨大温差环境下能够缓和热应力等特点，常被用于航空航天、能源开发等领域。
[0003]传统的梯度功能材料制备方法包括：等离子喷涂法、自蔓延燃烧高温合成法、气相沉积法等，但其制备过程中存在步骤繁琐、生产成本高、能源利用率低、污染大、制备材料的尺寸受限等问题，目前通常使用增材制造进行梯度材料的制备，但其普遍使用粉末作为原材料，导致制备的材料存在气孔、界面结合不紧密等缺陷，而多丝增材制造能够自下而上的逐层加工，具有材料利用率高，内部缺陷少，应力小，性能好的特点。
[0004]但现有的多丝增材制造在增材一段时间后就需要更换搅拌摩擦工具，导致增材过程断续无法保证梯度材料性能的稳定，并且连续添加的丝材在轴肩和搅拌针转动过程中容易断裂，导致送料不稳，如在专利号为CN113118612B的一种颗粒式搅拌摩擦增材制造装置及方法，由于丝材容易在搅拌针转动过程中断裂，通过主动切割丝材，将颗粒状的丝材通入搅拌针中进行摩擦增材，虽然相比于通入粉末增材能减少与空气的接触面积，减小制备梯度材料的内部缺陷，但在使用过程中颗粒状的丝材难以通入高速转动的搅拌针，同样会出现送料不稳、界面结合不紧密的缺点。因此，亟待一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法及装置，解决上述存在的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现摩擦增材过程送料稳定，模具可反复使用经济效益强，制备材料的可选择性多、适用范围大，制备出的梯度材料界面结合紧密，梯度增材的工作效率高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，包括以下步骤，
[0007]S1、确定丝材配比：计算待制备的梯度材料每层所需的比例成分，确定基板两侧不同材质的丝材A和丝材B的使用比例；
[0008]S2、设定送丝速率：调节所述基板两侧的送丝速度，将所述丝材A和所述丝材B分别通入搅拌针两侧；
[0009]S3、摩擦增材：搅拌摩擦所述丝材A、所述丝材B和所述基板表面，使得热塑性状态的所述丝材A和所述丝材B与所述基板表面结合形成第一层材料；
[0010]S4、梯度材料制备：重复S3直至所述梯度材料沉积完成。
[0011]进一步优化方案，步骤S3中，将所述搅拌针高速旋转，所述丝材A和所述丝材B通过所述搅拌针输送到所述基板表面。
[0012]进一步优化方案，步骤S4中，所述搅拌针伸入热塑性的所述丝材A和所述丝材B内，所述基板、所述丝材A和所述丝材B通过所述搅拌针转动形成所述第一层材料。
[0013]进一步优化方案，步骤S4中，所述搅拌针底部固接的底部搅拌针伸入第二层材料或多层材料的长度大于单层材料层的厚度。
[0014]进一步优化方案，步骤S1中，根据所述梯度材料每层所需的成分比例确定不同材质的丝材，结合搅拌针的转速确定所述丝材的送丝速率。
[0015]进一步优化方案，步骤S2中，将输送丝材的送丝速率调节至与步骤S计算的送丝速率一致，并使所述丝材A和所述丝材B分别通过所述搅拌针两侧通入所述搅拌针。
[0016]一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的装置，包括基板，
[0017]两送丝机构，设置在所述基板两侧，所述送丝机构具有一出料端和一进料端，两丝材分别通过两所述送丝机构的出料端同轴线相向移动；
[0018]导丝机构，设置在所述基板上方，所述导丝机构与两所述送丝机构的出料端对应开设有两进料口，所述丝材通过所述进料口伸入所述导丝机构内；
[0019]搅拌针，设置在所述导丝机构内，所述搅拌针的侧壁面上设置有输料槽，所述输料槽用于导出增材制造的梯度材料；
[0020]所述搅拌针的底端伸出所述导丝机构与所述基板顶端滑动接触，所述搅拌针与所述导丝机构转动连接。
[0021]进一步优化方案，所述送丝机构包括设置在所述基板一侧的两送丝轮，两所述送丝轮相邻的一侧同向转动，两所述送丝轮配合构成送丝通道，且位于所述基板两侧的两所述送丝通道设置在同一轴线上，两所述丝材分别通过两所述送丝通道相向移动，所述进料口与所述送丝通道的出料端对应设置。
[0022]进一步优化方案，所述导丝机构为设置在所述基板上方的静止轴肩，两所述进料口相对开设在所述静止轴肩的侧壁面，所述搅拌针设置在所述静止轴肩内，且所述输料槽与所述进料口对应设置，所述丝材的一端贯穿所述进料口伸入所述输料槽内，所述搅拌针与所述静止轴肩转动连接。
[0023]进一步优化方案，所述输料槽为由上到下沿逆时针或顺时针方向开设的螺纹槽，所述输料槽的底端与所述搅拌针外部连通，所述搅拌针沿着所述输料槽的相反方向转动。
[0024]本专利技术公开了以下技术效果：
[0025]本专利技术通过送丝机构调节丝材输送速度，并且设置导丝机构将丝材直接通入导丝机构内，以此保障丝材的稳定输送并与搅拌针上开设的输料槽连接稳定，提高送料稳定性，并通过转动搅拌针利用摩擦热作用使丝材达到热塑性状态，通过输料槽流至基板表面，利用搅拌针转动混合丝材和基板，从而制备出界面缺陷小的第一层材料，然后重复操作在第一层材料上叠加第二层材料，以此制备多层梯度材料，不仅制备出的梯度材料界面结合紧密，梯度增材的工作效率高，而且基板两侧的丝材可选择性的添加丝材A和丝材B,提高制备梯度材料的可选择性，使其适用范围大，不限制两个组成丝材的熔点差异，提高可进行梯度加工的材料种类，并且制备过程中不需额外的热源加热，仅通过设置驱动装置驱动搅拌针
转动摩擦，简化了增材制造过程，并且搅拌针可重复使用，节约了使用成本。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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。
[0027]图1为整体装置的结构示意图；
[0028]图2为搅拌针的结构示意图；
[0029]图3为底部搅拌针的结构示意图；
[0030]图4为静止轴肩的结构剖视图；
[0031]图5为搅拌针制备梯度材料的结构示意图；
[0032]图6为多层丝材送丝速率的示意图；
[0033]图7为搅拌针与第一层材料、第二层材料的位置关系示意图；
[0034]其中，1、搅拌针；101、输料槽A；102、输料槽B；103、底部搅拌针；2、静止轴肩；201、进料口A；202、进料口B；3、丝材A；4、丝材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、确定丝材配比：计算待制备的梯度材料(9)每层所需的比例成分，确定基板(5)两侧不同材质的丝材A(3)和丝材B(4)的使用比例；S2、设定送丝速率：调节所述基板(5)两侧的送丝速度，将所述丝材A(3)和所述丝材B(4)分别通入搅拌针(1)两侧；S3、摩擦增材：搅拌摩擦所述丝材A(3)、所述丝材B(4)和所述基板(5)表面，使得热塑性状态的所述丝材A(3)和所述丝材B(4)与所述基板(5)表面结合形成第一层材料(6)；S4、梯度材料(9)制备：重复S3直至所述梯度材料(9)沉积完成。2.根据权利要求1所述的多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，其特征在于：步骤S3中，将所述搅拌针(1)高速旋转，所述丝材A(3)和所述丝材B(4)通过所述搅拌针(1)输送到所述基板(5)表面。3.根据权利要求2所述的多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，其特征在于：步骤S3中，所述搅拌针(1)伸入热塑性的所述丝材A(3)和所述丝材B(4)内，所述基板(5)、所述丝材A(3)和所述丝材B(4)通过所述搅拌针(1)转动形成所述第一层材料(6)。4.根据权利要求3所述的多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，其特征在于：步骤S4中，所述搅拌针(1)底部固接的底部搅拌针(103)伸入第二层材料(7)或多层材料的长度大于单层材料层的厚度。5.根据权利要求1所述的多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，其特征在于：步骤S1中，根据所述梯度材料(9)每层所需的成分比例确定不同材质的丝材，结合搅拌针(1)的转速确定所述丝材的送丝速率。6.根据权利要求1所述的多丝循环梯度搅拌摩擦增材制造的方法，其特征在于：步骤S2中，将输送丝材的送丝速率调节至与步骤S1计算的送丝速率一致，并使所述丝材A(3)和所述丝材B(4)分别通过所述搅拌针(1)两侧通入所述搅拌针(...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永宪，陈佳霖，王艺霏，陈会子，谢聿铭，孟祥晨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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