【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，尤其涉及一种旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置、成形方法。
技术介绍
1、增材制造技术是将原材料按照规划的路径进行沉积或堆叠，成形为所设计的结构件，不仅可以减少材料浪费，也可大幅缩短新产品的开发空间。因其高效、灵活等工艺特点已被广泛应用于汽车、船舶、航空、航天、生物医疗等领域的结构件制造，并在工业界仍然具有巨大的应用前景。
2、目前，最常用的增材制造技术为激光、电弧、电子束、离子束作用下的熔融沉积、热挤出堆叠，光固化等。近年来，工业界开始探索将搅拌摩擦技术应用于增材制造，作为一种固相沉积技术，不涉及材料熔化与凝固过程，从而大大减少增材制造缺陷，有效提升增材制造结构件的力学性能。然而，目前大部分搅拌摩擦增材制造技术仅通过摩擦、挤压、剪切作用对材料进行沉积，接触区域所需的应力大、温度高，制约了该技术的推广应用。
3、cn116944661a公开了一种基于超声振动辅助的搅拌摩擦增材制造装置、cn115647563a公开了一种随动锤击式搅拌摩擦增材制造装置及方法，其超声振动装置不进行旋转运动，也不与搅拌头或棒料直接连接，不能实现对搅拌头或棒料的旋转与振动的原位耦合；同时，其是以超声振动进行辅助，未覆盖超声振动以外的振动频率和振动模态；此外，其供料方式没有振动分离的辅助。cn117754108a公开了一种基于搅拌摩擦增材制造金属基复合材料的方法、cn110587166a公开了一种超声波固结-搅拌摩擦复合增材制造装置及使用方法，其均提到了施加超声振动辅助作用，但是其搅拌摩擦作用与超声振动作
4、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置、成形方法，旨在解决现有增材制造成形装置接触区所需的应力大、温度高的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，包括：工作台组件、设置于所述工作台组件一侧的旋转振动组件，以及用于提供原材料的供料系统；所述工作台组件与所述旋转振动组件可相对活动；
4、所述旋转振动组件包括：用于产生旋转活动的主轴、设置于所述主轴靠近所述工作台组件一侧的振动单元、以及设置于所述振动单元背离所述主轴一侧的搅拌头或材料棒料。
5、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置还包括气氛腔；所述工作台组件、所述旋转振动组件和所述供料系统均设置于所述气氛腔内；所述供料系统通过供料管道提供原材料。
6、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述气氛腔设有抽气充气装置；所述旋转振动组件连接有电源模块。
7、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述工作台组件包括工作台、设置于所述工作台靠近所述旋转振动组件一侧的基板，以及用于控制所述基板温度的温控系统。
8、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述工作台上设置有第一动态力传感器和第一位移传感器；所述工作台背离所述基板的一侧设有运动轨道。
9、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述主轴上设有第二动态力传感器和第二位移传感器。
10、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述主轴靠近所述工作台组件的一侧还设有壳体以及设置于所述壳体背离所述主轴一侧的密封件；所述振动单元，以及所述搅拌头或材料棒料均设置于所述壳体内；所述密封件设有搅拌振动口，所述搅拌头或材料棒料穿过所述搅拌振动口与所述工作台组件接触。
11、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述振动单元包括与所述主轴连接的振动系统，以及与所述振动系统连接的激振模块；所述搅拌头或材料棒料与所述激振模块连接。
12、所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其中，所述激振模块的激振形式包括压电换能器、电磁驱动、凸轮机构中的一种；所述激振模块的振动模态包括纵振、弯振、扭振、三维振动中的一种。
13、一种基于旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置的成形方法，包括步骤：
14、设置旋转振动组件的振动频率和振幅以及转速；
15、设置工作台组件的平面运动速度和路径，并设置供料系统的供料速度；
16、利用所述供料系统将原材料输送至搅拌头与旋转振动组件的间隙中，通过所述搅拌头与所述工作台组件之间的搅拌摩擦区进行沉积，完成增材制造形成结构件；或，通过材料棒料与所述工作台组件之间的旋转振动与搅拌摩擦的耦合下，完成增材制造形成结构件。
17、有益效果：本专利技术提供一种旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置、成形方法，旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置包括：工作台组件、设置于所述工作台组件一侧的旋转振动组件，以及用于提供原材料的供料系统；所述工作台组件与所述旋转振动组件可相对活动；所述旋转振动组件包括：用于产生旋转活动的主轴、设置于所述主轴靠近所述工作台组件一侧的振动单元、以及设置于所述振动单元背离所述主轴一侧的搅拌头或材料棒料。本专利技术利用旋转振动辅助搅拌摩擦原位耦合旋转振动的声软化效应、搅拌摩擦的热效应与挤压剪切作用，可有效促进材料成形过程中的塑性流变、降低成形应力和温度，提升层间结合力，改善材料力学性能，可高效实现棒料、条带、线材、粉末、流体等形态的金属材料、高分子材料、生物材料、复合材料等原材料的沉积堆叠，并可通过一定的路径增材成形为多种结构。另外，该装置可根据不同的材料性能和成形需求，调控振动模态、频率、振幅以及搅拌摩擦参数，从而有效控制材料增材制造过程的力、热、流变特性；同时，该装置具有振动辅助的高效精准供料方案，其在搅拌摩擦区域产生瞬时振动分离作用，可使供料系统有效的将原材料供给至搅拌摩擦的接触区域，克服了封闭/半封闭搅拌摩擦区域的供料难题。该装置及方法的增材制造效率高、工艺柔性好，且无粉尘、节能环保，可实现不同材料形态和结构的低缺陷、高性能的增材制造。
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1.一种旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，包括：工作台组件、设置于所述工作台组件一侧的旋转振动组件，以及用于提供原材料的供料系统；所述工作台组件与所述旋转振动组件可相对活动；
2.根据权利要求1所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置还包括气氛腔；所述工作台组件、所述旋转振动组件和所述供料系统均设置于所述气氛腔内；所述供料系统通过供料管道提供原材料。
3.根据权利要求2所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述气氛腔设有抽气充气装置；所述旋转振动组件连接有电源模块。
4.根据权利要求1所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述工作台组件包括工作台、设置于所述工作台靠近所述旋转振动组件一侧的基板，以及用于控制所述基板温度的温控系统。
5.根据权利要求4所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述工作台上设置有第一动态力传感器和第一位移传感器；所述工作台背离所述基板的一侧设有运动轨道。
6.
7.根据权利要求1所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述主轴靠近所述工作台组件的一侧还设有壳体以及设置于所述壳体背离所述主轴一侧的密封件；所述振动单元，以及所述搅拌头或材料棒料均设置于所述壳体内；所述密封件设有搅拌振动口，所述搅拌头或材料棒料穿过所述搅拌振动口与所述工作台组件接触。
8.根据权利要求7所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述振动单元包括与所述主轴连接的振动系统，以及与所述振动系统连接的激振模块；所述搅拌头或材料棒料与所述激振模块连接。
9.根据权利要求8所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述激振模块的激振形式包括压电换能器、电磁驱动、凸轮机构中的一种；所述激振模块的振动模态包括纵振、弯振、扭振、三维振动中的一种。
10.一种基于如权利要求1-9任一项所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置的成形方法，其特征在于，包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，包括：工作台组件、设置于所述工作台组件一侧的旋转振动组件，以及用于提供原材料的供料系统；所述工作台组件与所述旋转振动组件可相对活动；
2.根据权利要求1所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置还包括气氛腔；所述工作台组件、所述旋转振动组件和所述供料系统均设置于所述气氛腔内；所述供料系统通过供料管道提供原材料。
3.根据权利要求2所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述气氛腔设有抽气充气装置；所述旋转振动组件连接有电源模块。
4.根据权利要求1所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述工作台组件包括工作台、设置于所述工作台靠近所述旋转振动组件一侧的基板，以及用于控制所述基板温度的温控系统。
5.根据权利要求4所述的旋转振动辅助搅拌摩擦的增材制造成形装置，其特征在于，所述工作台上设置有第一动态力传感器和第一位移传感器；所述工作台背离所述基板的一侧设有运动轨道。
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