【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固相增材制造，特别是涉及一种增材装置及增材方法、焊接方法与缺陷修复方法。
技术介绍
1、增材制造(additive manufactur ing,am)是通过计算机技术预先建立与规划3d模型，结合数字化的可控热源逐层将材料熔化、熔覆或叠加，快速成形结构件或者功能件，具有数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等五大技术特点，受到全球的广泛关注，给传统制造业带来一系列深刻的变革，可广泛应用于航空航天、国防、医疗、建筑设计、汽车制造等领域。
2、其中搅拌摩擦增材技术是通过材料之间的摩擦产热，使得材料塑化，但不发生熔化，从而实现增材，但是在现有的搅拌摩擦增材技术往往只能针对单一材料进行增材处理，在面对诸如颗粒材料与粉末材料的混合增材、不同成分材料的混合增材以及不同材质的材料混合增材时，往往难以满足使用需求，特别是对于材料配比存在连续变化的增材需求时，更是无法满足，其使用范围存在局限性，难以满足日益增长的增材需求。此外，在现有技术当中，一般的增材方法往往只能采用丝材或者棒材，但是有些材料却没有成品丝材或者棒材，现有的增材装置及方法也无法利用碎屑、颗粒或粉末等进行增材，其材料使用的局限性也较大。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：如何实现混合材料的连续增材，为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种增材装置，包括同轴设置的主轴和外轴肩，所述外轴肩与所述主轴固定连接并形成有搅拌腔，所述搅拌腔内设有同轴固定连接的刀柄与搅拌工具，所述刀柄远离搅拌工具
2、所述外轴肩连接有多个进料管道，所述进料管道设有进料控制装置，所述进料管道与所述搅拌腔连通以向所述搅拌腔内输入增材原料，多个所述进料控制装置用于控制向所述搅拌腔内输入的增材原料的配比。
3、优选地，所述进料控制装置包括设置于进料管道上的第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀与所述第二控制阀之间形成有料仓，所述料仓内设有重量传感器。
4、优选地，还包括冷却装置，所述冷却装置包括套设于所述外轴肩外壁的冷却仓，所述冷却仓连接有进水管路和出水管路，所述冷却仓的出水端设有温度传感器，所述冷却仓的进水端设有流速控制器。
5、优选地，所述搅拌工具远离刀柄一侧的端面与所述外轴肩远离主体一侧的端面平齐。
6、优选地，所述搅拌工具的外周壁设有螺纹，所述螺纹的螺距为3mm至10mm，所述螺纹内径与外径的差为4mm至10mm；所述搅拌工具远离所述刀柄的一端设有锥体，所述锥体用于插入待增材的基板内。
7、优选地，所述搅拌工具采用工具钢或镍基合金或钨铼合金。
8、优选地，所述增材原料采用颗粒材料或粉末材料或碎屑材料或颗粒材料、粉末材料及碎屑材料的任意组合。
9、本专利技术还提供一种增材方法，采用前文的的增材装置，包括以下步骤：
10、a1、启动主轴，主轴通过刀柄带动搅拌工具在搅拌腔内以设定的转速旋转，移动增材装置的位置以使搅拌工具端部的锥体移动至工作位，而后锥体向下插入基板内，同时保持外轴肩的下端面与基板的距离为第一预设范围；
11、a2、根据预设的材料配比通过进料管道向搅拌腔内同时输送不同份量的不同增材原料，待搅拌腔内各增材原料混合均匀并与基板充分摩擦塑化后，启动设备以让整个增材装置沿规划路径移动，实现初步增材；
12、a3、当上一层增材完成后，增材装置被抬起至下一层起始工作位，而后重复步骤a2以实现多层增材；
13、a4、当完成增材后，停止增材原料的输送，主轴停止旋转，增材装置被抬起复位至初始位置。
14、本专利技术还提供一种焊接方法，采用前文的的增材装置，包括以下步骤：
15、b1、启动主轴，主轴通过刀柄带动搅拌工具在搅拌腔内以设定的转速旋转，移动增材装置的位置以使搅拌工具端部的锥体移动至工作位，而后锥体向下插入待焊接的两个板材之间，使锥体的尖端与待焊接板材的底部齐平，同时保持外轴肩的下端面与待焊接板材的距离为第二预设范围；
16、b2、通过进料管道向搅拌腔内输送焊料，待搅拌腔内焊料与待焊接板材充分摩擦塑化后，启动设备以让整个增材装置沿规划路径移动，实现焊接，并在焊接处形成带余高的焊缝；
17、b3、当焊接轨迹行走到最终点时，保持主轴旋转及送料，以一定速度原地抬起第一预设高度，并向反方向移动第一预设长度，结束后，再次以一定速度原地抬起第一预设高度，并沿原有轨迹移动第一预设长度；
18、b4、重复步骤b3，直至搅拌针最底部高出焊缝表面；
19、b5、停止焊料的输送，主轴停止旋转，增材装置被抬起复位至初始位置。
20、本专利技术还提供一种缺陷修复方法，采用前文的增材装置，包括以下步骤：
21、c1、启动主轴，主轴通过刀柄带动搅拌工具在搅拌腔内以设定的转速旋转，移动增材装置的位置以使搅拌工具端部的锥体移动至工作位，而后锥体向下插入待修复的板材缺陷处，并在缺陷处停留预设时间；
22、c2、启动设备以让增材装置沿缺陷轨迹移动，同时通过进料管道向搅拌腔内输送与待修复板材相同材质的修补原料，以完成缺陷的修复；
23、c3、当焊接轨迹行走到最终点时，保持主轴旋转及送料，以一定速度原地抬起第二预设高度，并向反方向移动第二预设长度，结束后，再次以一定速度原地抬起第二预设高度，并沿原有轨迹移动第二预设长度；
24、c4、重复步骤c3，直至搅拌针最底部高出焊缝表面；
25、c5、停止焊料的输送，主轴停止旋转，增材装置被抬起复位至初始位置。
26、本专利技术实施例中所提供的一种增材装置及增材方法、焊接方法与缺陷修复方法相比于现有技术而言，其有益效果在于：
27、在本专利技术中，搅拌腔连通有多个进料管道，不同的进料管道可以向搅拌腔内输入不同的增材原料，不同的增材原料在搅拌腔内由搅拌工具进行搅拌驱动以充分的混合，在外轴肩、搅拌工具以及基板的三方作用下，混合后的增材原料塑化并从出料开口处被挤压至基板上以完成增材过程，其中进料控制装置能够控制不同增材原料进入搅拌腔内的份量，从而能连续性的调整混合增材原料的材质配比，使得增材的适用范围更广，能够满足更多的增材需求。
28、此外，进行焊接时，可将焊料添加至焊缝内，所获得的焊缝厚度大于或等于被焊材料，避免搅拌摩擦焊缝的减薄所引起的承载能力下降。同时，在焊接结束阶段可通过焊料的添加将搅拌摩擦焊缝尾部的匙孔进行随焊回填，无需进行额外的修补或引出。
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1.一种增材装置，其特征在于，包括同轴设置的主轴和外轴肩，所述外轴肩与所述主轴固定连接并形成有搅拌腔，所述搅拌腔内设有同轴固定连接的刀柄与搅拌工具，所述刀柄远离搅拌工具的一端与所述主轴同轴固定连接，所述搅拌腔在靠近所述搅拌工具的一侧设有出料开口；
2.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述进料控制装置包括设置于进料管道上的第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀与所述第二控制阀之间形成有料仓，所述料仓内设有重量传感器。
3.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置包括套设于所述外轴肩外壁的冷却仓，所述冷却仓连接有进水管路和出水管路，所述冷却仓的出水端设有温度传感器，所述冷却仓的进水端设有流速控制器。
4.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述搅拌工具远离刀柄一侧的端面与所述外轴肩远离主体一侧的端面平齐。
5.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述搅拌工具的外周壁设有螺纹，所述螺纹的螺距为3mm至10mm，所述螺纹内径与外径的差为4mm至10mm；所述搅拌工具远离所述刀柄的一端设有锥
6.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述搅拌工具采用工具钢或镍基合金或钨铼合金。
7.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述增材原料采用颗粒材料或粉末材料或碎屑材料或颗粒材料、粉末材料及碎屑材料的任意组合。
8.一种增材方法，其特征在于，采用如权利要求1至5任意一项所述的增材装置，包括以下步骤：
9.一种焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1至5任意一项所述的增材装置，包括以下步骤：
10.一种缺陷修复方法，其特征在于，采用如权利要求1至5任意一项所述的增材装置，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种增材装置，其特征在于，包括同轴设置的主轴和外轴肩，所述外轴肩与所述主轴固定连接并形成有搅拌腔，所述搅拌腔内设有同轴固定连接的刀柄与搅拌工具，所述刀柄远离搅拌工具的一端与所述主轴同轴固定连接，所述搅拌腔在靠近所述搅拌工具的一侧设有出料开口；
2.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述进料控制装置包括设置于进料管道上的第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀与所述第二控制阀之间形成有料仓，所述料仓内设有重量传感器。
3.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置包括套设于所述外轴肩外壁的冷却仓，所述冷却仓连接有进水管路和出水管路，所述冷却仓的出水端设有温度传感器，所述冷却仓的进水端设有流速控制器。
4.根据权利要求1所述的增材装置，其特征在于，所述搅拌工具远离刀柄一侧的端面与所述外轴肩远离主体一侧的端面平齐。
【专利技术属性】
技术研发人员：赵运强，王春桂，刘喆，邓军，林志成，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：
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