一种增材制造模具的制作方法

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1.本实用新型属于增材制造领域，具体地，涉及一种增材制造模具。

背景技术：

2.随着工程技术的发展，传统车铣刨磨等减材加工不再满足工程需求。为此需要增材加工提供新的加工思路。目前金属增材方式有很多，包括激光烧结，电火花堆积等，但是这些方法需要材料熔化后凝固成型，增加材料二次缺陷产生几率，降低材料力学性能。为此提出固态增材技术——搅拌摩擦增材。
3.采用搅拌摩擦增材时，棒状材料通过模具中心孔作用在基板上，并在模具摩擦作用下发生塑化，进而使材料软化，实现材料层层堆积。但在堆积过程中，层间材料驱动力较弱，层与层之间材料结合仅仅通过材料间薄弱的流动实现，结合能力较弱，不能实现材料的良好结合。
4.现有技术中，一般通过对棒材增加压力来增强材料间流动，但是增加压力就需要增加设备机构的性能，导致机构较大，同时对异形件突出还会有支撑要求，导致路径复杂，机构要求较高。

技术实现要素：

5.为解决现有技术中的搅拌摩擦增材制造中通过压力增强材料间流动的方式对机构要求高的的技术问题，本实用新型提供了一种增材制造模具。
6.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种增材制造模具，包括轴肩和搅拌针，所述搅拌针固定安装于轴肩的端面上，搅拌针的长度大于工艺层的高度；搅拌针与轴肩组合在一起为搅拌头，轴肩的外壁上固定安装有连接法兰，连接法兰上开设有若干个定位销孔和螺栓固定孔，轴肩的中心处设置有中心孔。
8.进一步地，所述搅拌针的长度比工艺层高0.05-2mm。
9.进一步地，所述搅拌针对称分布于中心孔的两侧。
10.进一步地，所述搅拌针的形状为三角形、椭圆形或者扭转形状。
11.本实用新型的有益效果：
12.1、本实用新型通过设置搅拌针，能够增强材料层间的流动，并且搅拌针的长度大于工艺层高，保证搅拌针可以有效作用在层间，搅拌针不止能够搅拌当前一层软化的材料，还能够搅动下面一层的材料，使得上面一层和下面一层的两个界面之间出现波动，从而使得上下两层之间的材料呈现钩状组织，使得两层之间的材料能够相互扣合在一起，从而在层间实现机械互锁结构，继而增加层间的结合能力，从而能够避免增加压力，减少对设备机构的性能需求；
13.2、本实用新型中的搅拌针对称分布于中心孔的两侧，能够保证在增材制造过程中，材料呈现均匀的交替流动，进而保证层间材料结合的均匀性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本实用新型的整体结构示意图；
16.图2为本实用新型的局部结构示意图；
17.图3为本实用新型的搅拌针的结构示意图；
18.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
19.1、轴肩；2、连接法兰；21、定位销孔；22、螺栓固定孔；3、搅拌针；4、中心孔。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.请参阅图1-图3所示，一种增材制造模具，包括轴肩1和搅拌针3，搅拌针3固定安装于轴肩1的端面上，搅拌针3的长度大于工艺层的高度，搅拌针3与轴肩1组合在一起为搅拌头，轴肩1的外壁上固定安装有连接法兰2，连接法兰2上开设有若干个定位销孔21和螺栓固定孔22，连接法兰2用于将搅拌头与工作设备连接，轴肩1的中心处设置有中心孔4，中心孔4用于安装待增材的棒材；
22.在进行增材制造的过程中，将待增材的棒材安装于中心孔4内部，轴肩1带动搅拌针3在基体待增材区表面旋转并移动，待增材的棒材的端部在搅拌摩擦作用下发生热塑化，使得材料软化，热塑化材料在轴肩1下端面的旋转搅拌作用下扩散并沉积于基体待增材区表面，实现待增材区单层材料堆积，在待增材区重复单层材料堆积，实现多层材料堆积，直至达到所需要的增材高度；轴肩1在外力驱动下一边旋转一边沿着预设的轨迹运行，使得待增材的材料能够一层一层的堆积结合成型，在每层材料的堆积过程中，搅拌针3能够对热塑化材料进行不断地搅拌，增强材料层间的流动，使得材料层间的结合能力增强；
23.并且在增材制造的过程中，当前工艺层的材料在塑化堆积时，由于搅拌针3的长度大于工艺层的高度，保证搅拌针3可以有效作用在层间，搅拌针3不止能够搅拌当前一层软化的材料，增强材料的流动性，搅拌针3还能够搅动下面一层的材料，使得上面一层和下面一层的两个界面之间出现波动，从而使得上下两层之间的材料呈现钩状组织，使得两层之间的材料能够相互扣合在一起，从而在层间实现机械互锁结构，继而增加层间的结合能力，从而能够避免增加压力，减少对设备机构的性能需求。
24.优选的，搅拌针3的长度比工艺层高0.05-2mm，保证搅拌针3可以有效作用在两层材料之间。
25.优选的，本实用新型中的搅拌针3对称分布于中心孔4的两侧，能够保证在增材制造过程中，材料呈现均匀的交替流动，进而保证层间材料结合的均匀性。
26.优选的，搅拌针3的形状可设置为三角形、椭圆形或者扭转形状。
27.本实用新型的工作原理以及工作过程如下：
28.首先通过定位销孔21和螺栓固定孔22将连接法兰2与工作设备连接固定，从而使得轴肩1能够固定安装于工作设备上，将待增材的棒材安装于中心孔4内；
29.在增材制造的过程中，轴肩1在外力驱动下在基体待增材区表面旋转并移动，待增材的棒材的端部在搅拌摩擦作用下发生热塑化，使得材料软化，热塑化材料在轴肩1下端面的旋转搅拌作用下扩散并沉积于基体待增材区表面，轴肩1一边旋转一边沿着预设的轨迹运行，使得待增材的材料能够一层一层的堆积结合成型，在每层材料的堆积过程中，搅拌针3能够对热塑化材料进行不断地搅拌，增强材料层间的流动，搅拌针3对称分布于中心孔4的两侧，能够保证在增材制造过程中，材料呈现均匀的交替流动，进而保证层间材料结合的均匀性，并且搅拌针3的长度大于工艺层高，使得上面一层和下面一层的两个界面之间出现波动，使得上下两层之间的材料呈现钩状组织，使得两层之间的材料能够相互扣合在一起，从而在层间实现机械互锁结构，继而增加层间的结合能力，从而能够避免增加压力，减少对设备机构的性能需求。
30.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
31.以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种增材制造模具，其特征在于，包括轴肩(1)和搅拌针(3)，所述搅拌针(3)固定安装于轴肩(1)的端面上，搅拌针(3)的长度大于工艺层的高度；搅拌针(3)与轴肩(1)组合在一起为搅拌头，轴肩(1)的外壁上固定安装有连接法兰(2)，连接法兰(2)上开设有若干个定位销孔(21)和螺栓固定孔(22)，轴肩(1)的中心处设置有中心孔(4)。2.根据权利要求1所述的一种增材制造模具，其特征在于，所述搅拌针(3)的长度比工艺层高0.05-2mm。3.根据权利要求1所述的一种增材制造模具，其特征在于，所述搅拌针(3)对称分布于中心孔(4)的两侧。4.根据权利要求1所述的一种增材制造模具，其特征在于，所述搅拌针(3)的形状为三角形、椭圆形或者扭转形状。

技术总结

本实用新型公开了一种增材制造模具，包括轴肩和搅拌针，所述搅拌针固定安装于轴肩的端面上，搅拌针的长度大于工艺层的高度；本实用新型通过设置搅拌针，能够增强材料层间的流动，并且搅拌针的长度大于工艺层的高度，保证搅拌针可以有效作用在层间，搅拌针不止能够搅拌当前一层软化的材料，还能够搅动下面一层的材料，使得上面一层和下面一层的两个界面之间出现波动，从而使得上下两层之间的材料呈现钩状组织，使得两层之间的材料能够相互扣合在一起，从而在层间实现机械互锁结构，继而增加层间的结合能力，从而能够避免增加压力，减少对设备机构的性能需求。设备机构的性能需求。设备机构的性能需求。