本发明属于搅拌摩擦增材制造领域，特别是一种基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置及方法。
背景技术：
1、增材制造(additive manufacturing，am)又称3d打印技术，是一种具有革命性的快速成形技术。其基本原理是采用离散—堆积方式，通过对数字模型离散化处理，利用材料持续叠加形成所需的实体模型，加工周期短、工序简单、效率高，所成构件组织晶粒小、结构致密和力学性能优良等优点，在航空航天、生物医学、汽车制造等多个领域实现工程应用。搅拌摩擦沉积增材制造(additive friction stir deposition，afsd)技术是近几年新兴的固相增材技术，增材过程中材料不发生熔化，避免了传统基于熔融增材的孔隙、热裂纹等加工缺陷，其高效增材效率适用于大尺寸零件的增材制造，并且对制造环境要求低，无污染性气体生成，绿色环保。现有的搅拌摩擦增材制造装置无法实现直接从原材料到增材构件的流程，目前的装置也很难进行供给原料的连续增材过程，无法实现个性化的材料定制。
2、针对以上问题，需要开发一种定向凝固和连续搅拌摩擦增材制造的装置，可实现多种不同配比的原料的搅拌摩擦增材制造，克服现有搅拌摩擦增材制造技术固有局限性，拓宽该增材制造技术的应用广度和深度。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种定向凝固的连续搅拌摩擦增材制造的装置及方法，以实现连续送料的搅拌摩擦增材制造。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：
3、一种基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置，包括：
4、保温炉，用于倒入金属液；
5、加热装置，用于对金属液进行加热，以使金属液排出气体；
6、阀门，用于控制保温炉内金属液的流出，当需要进行定向凝固时，阀门打开，使金属液的热流主要沿拉铸方向单向传输；
7、水冷结晶器，用于提供定向凝固的温度梯度环境，使金属液形成棒料；
8、检测单元，用于检测棒料的位置，以控制牵引与给料机构和主轴的工作；
9、牵引与给料机构，用于夹持棒料并对棒料施加沿棒料轴向的压力，能够随主轴一同旋转；
10、主轴驱动装置，用于带动主轴旋转；
11、主轴，用于带动棒料和搅拌头旋转，使棒料在增材制造基板上形成增材层；
12、搅拌头，用于增加增材层的塑性流动性；
13、冷却装置，用于对搅拌头进行冷却。
14、一种基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置用于增材制造方法，包括：
15、步骤一：设备进行工作前，首先调配好需要搅拌摩擦增材制造的金属液，启动定向凝固的加热装置和水冷结晶器，预热排出金属液中的气体，保证定向凝固区域具有稳定的温度梯度；将已经调好比例的金属液倒入保温炉当中，当金属液的温度稳定后，打开保温炉底部阀门，金属溶液依据重力作用流过加热装置和水冷结晶器；
16、步骤二：等棒料从水冷结晶器出料时，启动牵引与给料机构，当位检测单元检测到棒料进入牵引与给料机构时，牵引与给料机构开始运作，主轴驱动装置带动主轴进行旋转，牵引与给料机构抱紧棒料同时对棒料施加向下的压力；
17、步骤三：启动搅拌头的冷却装置，当搅拌头末端出料后，停留至棒料产生塑性变形软化沉积时，操控主轴沿增材制造方向路径行进，且该过程中牵引与给料机构连续运转，使得棒料不断从搅拌头与增材制造基板之间出料，同时增材层在搅拌头的搅拌作用下逐渐形成平整的表面；
18、步骤四：搅拌头不断修整平面，当主轴走到规划路径的末端后，主轴进行抬升，开始打印原定的第二层，以此循环往复，直至构件打印完成。
19、本发明与现有技术相比，其显著优点是：
20、(1)通过定向凝固方法和搅拌摩擦增材制造方法交融，实现了机器不停转的连续增材，可持续工作并生产大尺寸复杂结构件，同时该方法可以直接在现有增材层上进行增材，生产效率大幅度提高，具有优异的经济性；可以实现复杂大型构件的成形，克服了目前搅拌摩擦增材制造无法实现连续铸态合金的难题。
21、(2)通过定向凝固装置，实现了对合金材料的具体成分个性化配比，且通过调整合金棒料的冷却速度，可以对搅拌摩擦增材制造的棒料实时进行生产，实现不间断的搅拌摩擦增材制造，缩短了调整原料所需的时间，实现个性化制造。
1.一种基于定向凝固的搅拌摩擦增材连续制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置，其特征在于，所述主轴驱动装置包括主轴电机、同步带轮；
3.根据权利要求1所述的基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置，其特征在于，所述搅拌头包括与旋转主轴之间的连接部分以及下方应用于增材制造的搅拌头部分，所述连接部分的大端面朝上，小端面朝下；搅拌头部分设有突起结构。
4.根据权利要求1所述的基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置，其特征在于，所述保温炉下端采用倒角结构。
5.根据权利要求1所述的基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置，其特征在于，所述主轴固定在三轴运动平台上。
6.根据权利要求1所述的基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置，其特征在于，所述检测单元采用位移传感器，设置在主轴内。
7.根据权利要求1-6所述的基于定向凝固的搅拌摩擦连续增材制造装置用于增材制造方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基用于增材制造方法，其特征在于，搅拌头的回转速度由主轴驱动装置调速，当棒料被下压后，预热保持3-30秒左右。
9.根据权利要求7所述的基用于增材制造方法，其特征在于，当开始增材制造时，通过多轴运动平台将主轴向上抬至所需增材厚度。
