本發(fā)明屬于增材制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種超聲熔融復(fù)合沉積增材制造裝置及方法，通過超聲強(qiáng)化熔融沉積增材零件，顯著增強(qiáng)熔融沉積增材制造零件的綜合力學(xué)性能，尤其是沿成形軸垂直方向的強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
：增材制造技術(shù)正在改變我們的生產(chǎn)和生活方式，許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家均高度重視并積極推廣該技術(shù)，熔融沉積制造(fdm)就是一種已經(jīng)較為成熟的增材制造技術(shù)。scottcrump在1988年提出熔融沉積制造的思想，于1992年開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型3dmodeler。熔融沉積制造是一種制作速度較快的增材制造成形工藝。fdm工藝是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息將材料選擇性的涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面。一層成形完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)高度(分層厚度)再成形下一層，如此反復(fù)直至形成整個(gè)的實(shí)體原型。目前，fdm工藝的成形材料包括鑄造石蠟、尼龍、abs塑料、pla塑料等，以熱塑性塑料為主，可以實(shí)現(xiàn)塑料零件的無注塑成形制造。它具有支撐去除簡，分離容易；可直接制作彩色模型樣件，用蠟成形的零件，可以直接用于失蠟鑄造；原材料利用率高，材料壽命長，且成形件的翹曲變形；原材料無毒，成形過程中無化學(xué)變化，可在辦公環(huán)境安裝使用；無需使用激光器，系統(tǒng)構(gòu)造和原理簡單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。是目前應(yīng)用最為廣泛的增材制造技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于航空航天，教育與文，汽車，生物醫(yī)療，服裝等領(lǐng)域。但是由于自身成形工藝的特點(diǎn)，熔融沉積制造也存在一些其自身無法彌補(bǔ)的缺點(diǎn)，成形過程中對成形室溫度要求較高，成形件力學(xué)性能程各向異性，沿成形軸垂直方向的力學(xué)強(qiáng)度比較弱，成形件的抗剪切性能較差，這嚴(yán)重的制約了其推廣應(yīng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種超聲熔融復(fù)合沉積增材制造裝置及方法，以解決現(xiàn)有熔融沉積增材制造技術(shù)成形零件力學(xué)性能呈各向異性，沿成形軸垂直方向的力學(xué)強(qiáng)度比較弱，成形件的抗剪切性能較差，成形過程中對成形室溫度要求較高的問題。在靜壓力下，利用超聲振動(dòng)能實(shí)現(xiàn)熔融沉積絲材之間以及沉積絲材與沉積層之間粘接不牢的地方再次熔化，使成形零件內(nèi)部的沉積絲材復(fù)合為一整體。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括超聲支撐平臺(tái)、x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)、熔融沉積增材制造系統(tǒng)、超聲強(qiáng)化裝置和運(yùn)動(dòng)基板，所述超聲強(qiáng)化裝置固定在超聲支撐平臺(tái)的導(dǎo)向桿一和導(dǎo)向桿二上，所述的運(yùn)動(dòng)基板安裝在x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)的導(dǎo)軌一和導(dǎo)軌二上，同時(shí)固定在同步帶上，通過x方向的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板運(yùn)動(dòng)，所述的熔融沉積增材制造系統(tǒng)和超聲支撐平臺(tái)通過x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)中的連接桿一與連接桿二連接。所述的超聲支撐平臺(tái)由配重臺(tái)、基座、安裝桿、超聲強(qiáng)化裝置支架、風(fēng)扇、軸向固定桿，雙作用氣壓缸、z向?qū)驐U一與導(dǎo)向桿二組成，所述的基座通過螺栓連接到配重臺(tái)上，所述的安裝桿與基座形成孔軸配合，并且通過安裝桿與基座上的鍵與鍵槽防止安裝桿沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的超聲強(qiáng)化裝置支架通過可調(diào)孔連接到安裝桿上，通過螺栓固定，所述的軸向固定桿通過螺栓固定在安裝桿與超聲強(qiáng)化裝置支架上，所述的風(fēng)扇固定在超聲強(qiáng)化裝置支架上，雙作用氣壓缸安裝在超聲強(qiáng)化裝置支架。所述的超聲強(qiáng)化裝置，由超聲工具頭、變幅桿、固定法蘭盤、調(diào)平裝置、換能器和固定架組成，所述的超聲頭和變幅桿通過螺紋螺栓連接，所述換能器和變幅桿通過螺紋螺栓連接，變幅桿通過法蘭盤和調(diào)平裝置與固定架安裝在一起。所述的調(diào)平裝置由調(diào)平螺母、固定法蘭盤連接螺栓、固定法蘭盤、調(diào)平墊片、調(diào)平下法蘭盤、調(diào)平上法蘭盤、調(diào)平法蘭盤連接螺栓組成，所述調(diào)平螺栓通過固定法蘭盤上的螺紋孔作用在調(diào)平墊片上，所述調(diào)平墊片放置在固定法蘭盤內(nèi)，所述調(diào)平下法蘭盤放置在固定架內(nèi)，上表面與變幅桿的固定環(huán)接觸，所述調(diào)平上法蘭盤放置在固定架內(nèi)，下表面與與變幅桿的固定環(huán)接觸，通過螺栓連接上調(diào)平法蘭盤與調(diào)平下法蘭盤。所述的熔融沉積增材制造系統(tǒng)由z向絲杠電動(dòng)機(jī)一和z向絲杠電動(dòng)機(jī)二、絲杠一和絲杠二、絲杠滑塊一和絲杠滑塊二、z向?qū)驐U一和z向?qū)驐U二、y向?qū)驐U、y向同步帶、y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、支撐板、肋板一和肋板二、連接板一、連接板二和連接板三、熔融沉積打印頭組成，所述支撐板與肋板一和肋板二通過連接板一、連接板二和連接板三連接起來，用螺栓固定，所述的絲杠電動(dòng)機(jī)一和z向絲杠電動(dòng)機(jī)二通過螺絲固定在支撐板兩側(cè)下端的隔板上，所述絲杠一和絲杠二連接在絲杠電動(dòng)機(jī)一與z向絲杠電動(dòng)機(jī)二上，并穿過絲杠滑塊一和絲杠滑塊二，另一端通過軸承連接在連接板一與連接板二上，所述z向?qū)驐U一與z向?qū)驐U二一端固定在支撐板的隔板上，穿過絲杠滑塊，另一端通過螺紋連接在連接板一與連接板二上，所述y向?qū)驐U一固定在絲杠滑塊一與絲杠滑塊二上，所述y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過螺釘固定在左側(cè)的絲杠滑塊上，所述y向同步帶右端通過導(dǎo)輪固定在右側(cè)的絲杠滑塊上，左側(cè)通過導(dǎo)輪固定在y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上，所述的熔融擠絲打印系統(tǒng)固定在y向同步帶上，通過y向?qū)驐U一在y方向移動(dòng)。所述的熔融沉積打印頭，由風(fēng)扇、固定架、噴嘴、加熱鋁塊、散熱架、導(dǎo)絲電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)絲裝置和固定板組成，所述的風(fēng)扇通過螺釘固定在固定架上，所述的散熱架、加熱鋁塊和噴頭通過螺紋連接在一起，同時(shí)固定在固定架上，所述導(dǎo)絲電動(dòng)機(jī)通過螺釘固定在導(dǎo)絲裝置上，所述的固定架和導(dǎo)絲裝置通過螺釘固定在固定板上，所述的固定板通過其上的導(dǎo)向孔連接在y向?qū)蛑?，所述的同步帶固定架通過螺釘固定在固定板上。所述的x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)由導(dǎo)軌一和導(dǎo)軌二、連接桿一和連接桿二、同步帶、導(dǎo)輪一和導(dǎo)輪二和x向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成，所述導(dǎo)輪一和導(dǎo)輪二的兩端分別固定在超聲支撐平臺(tái)的配重臺(tái)和熔融沉積增材制造系統(tǒng)的連接板上，同時(shí)運(yùn)動(dòng)基板的底座通過導(dǎo)軌槽安裝在導(dǎo)軌一和導(dǎo)軌二上，所述的連接桿一和連接桿二的兩端分別固定在超聲支撐平臺(tái)的配重臺(tái)和熔融沉積增材制造系統(tǒng)的連接板上，所述的同步帶由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過導(dǎo)輪一和導(dǎo)輪二實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)基板固定在同步帶上，通過同步帶的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板運(yùn)動(dòng)。一種超聲熔融復(fù)合沉積增材制造方法，包括以下步驟：(1)、用三維軟件把需要的零件模型畫出來，保存為stl格式，應(yīng)用切片軟件進(jìn)行對模型切片，之后將切完片的數(shù)據(jù)導(dǎo)入超聲熔融復(fù)合沉積增材制造裝置；(2)、計(jì)算機(jī)根據(jù)零件切片后的數(shù)據(jù)控制x向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步帶帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板沿導(dǎo)軌一和導(dǎo)軌二運(yùn)動(dòng)到熔融沉積打印頭下方初始位置，控制y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)熔融沉積打印頭沿y向?qū)驐U運(yùn)動(dòng)到初始位置，控制z向絲杠電動(dòng)機(jī)一和z向絲杠電動(dòng)機(jī)二轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)熔融沉積打印頭沿z向?qū)驐U一和z向?qū)驐U二移動(dòng)到初始位置，根據(jù)切片的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)控制熔融沉積打印頭，在x、y平面內(nèi)熔融沉積打?。?3)、當(dāng)熔融沉積打印頭打印完零件的第二層時(shí)，計(jì)算機(jī)控制x向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步帶帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板沿導(dǎo)軌一和導(dǎo)軌二運(yùn)動(dòng)到超聲強(qiáng)化裝置下方的規(guī)定位置，由于超聲強(qiáng)化裝置中的工具頭的水平截面為正方形，則只需控制運(yùn)動(dòng)基板在x方向移動(dòng)到規(guī)定位置即可；(4)、計(jì)算機(jī)控制超聲支撐平臺(tái)上的雙作用氣壓缸運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)超聲強(qiáng)化裝置移動(dòng)到規(guī)定位置，此時(shí)工具頭與運(yùn)動(dòng)基板上的零件材料層接觸，換能器通電，通過變幅桿帶動(dòng)工具頭在z方向做低振幅、高頻振動(dòng)，由于兩層材料接觸面的聲阻較大，超聲波的能量聚集在層與層接觸的地方，待冷卻后，由于接觸面重新的熔接，上下層的連接不再是簡單的沉積累加，而是結(jié)合為一個(gè)整體，整個(gè)強(qiáng)化過程需要0.5～1.5s，在焊接過程中，工具頭表面的振幅＝換能器表面的振幅×變幅桿增益×工具頭增益。本發(fā)明利用超聲強(qiáng)化熔融沉積制造零件，提高熔融沉積制造零件綜合力學(xué)性能，超聲塑料焊接把超聲振動(dòng)垂直加在零件接觸面的上方，通過上焊件把能量傳送到焊區(qū)，由于上下焊件接觸面的聲阻大，因此能量聚集在接觸面，產(chǎn)生局部高溫，由于塑料散熱差，使熱量聚集在接觸面內(nèi)，這樣能夠使上下零件在接觸面局部熔化并迅速熔合，冷卻后形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，強(qiáng)度可以與一體的塑料零件媲美。本發(fā)明以熔融沉積增材制造為基礎(chǔ)，在靜壓力下，利用超聲振動(dòng)能使熔融沉積絲材之間以及沉積絲材與沉積層之間粘接不牢的地方再次熔化，使成形零件內(nèi)部的沉積絲材復(fù)合為一整體，顯著增強(qiáng)熔融沉積增材制造零件的綜合力學(xué)性能，尤其是沿成形軸垂直方向的力學(xué)強(qiáng)度，在提高成形零件綜合力學(xué)性能的同時(shí)不產(chǎn)生高溫、高熱、殘余應(yīng)力，無需特殊的工作環(huán)境，設(shè)備制造運(yùn)行維護(hù)成本低。本發(fā)明的有益效果：1.本發(fā)明以熔融沉積增材制造為基礎(chǔ)，在靜壓力下，利用超聲振動(dòng)能使熔融沉積絲材之間以及沉積絲材與沉積層之間粘接不牢的地方再次熔化，使成形零件內(nèi)部的沉積絲材復(fù)合為一整體，顯著增強(qiáng)熔融沉積增材制造零件的綜合力學(xué)性能，尤其是沿成形軸垂直方向的力學(xué)強(qiáng)度。2.本發(fā)明在成形過程中采用超聲強(qiáng)化熔融沉積成形三維實(shí)體零件，在靜壓力下將超聲振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為成形零件缺陷出的摩擦能、形變能及有限的溫升，不產(chǎn)生高溫、高熱、有害氣體，同時(shí)去除熔融沉積成形過程中的殘余熱應(yīng)力，設(shè)備使用環(huán)境溫度范圍為-50℃到50℃。3.本發(fā)明在工作過程中不需要高功率換能器，消耗能量小，結(jié)構(gòu)簡單可靠，設(shè)備維護(hù)運(yùn)營方便，成本低。4.本發(fā)明可以通過控制超聲強(qiáng)化頻率、振幅、來調(diào)節(jié)熔接的深度，從而能夠強(qiáng)化不同打印層層厚的零件，也可實(shí)現(xiàn)成形零件力學(xué)性能呈梯度變化。5.本發(fā)明通過x向?qū)蜻B接系統(tǒng)移動(dòng)基板，基板不需要做z向、y向的運(yùn)動(dòng)，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)?；逑露艘宰烂鏋橹?，當(dāng)超聲強(qiáng)化裝置對零件進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，基板不會(huì)產(chǎn)生z向的移動(dòng)，提高了強(qiáng)化質(zhì)量和強(qiáng)化過程的穩(wěn)定性。附圖說明圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明超聲支撐平臺(tái)和超聲強(qiáng)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明超聲支撐平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明熔融沉積增材制造系統(tǒng)的示意圖；圖6是本發(fā)明超聲強(qiáng)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的熔融沉積增材制造噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明的熔融沉積增材制造噴頭連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的超聲強(qiáng)化裝置調(diào)平的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明的y方向傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明的熔融沉積增材制造系統(tǒng)中z方向傳動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。具體實(shí)施方式包括超聲支撐平臺(tái)1、x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)2、熔融沉積增材制造系統(tǒng)3、超聲強(qiáng)化裝置4和運(yùn)動(dòng)基板5，所述超聲強(qiáng)化裝置4固定在超聲支撐平臺(tái)1的導(dǎo)向桿一110和導(dǎo)向桿二111上，所述的運(yùn)動(dòng)基板5安裝在x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)2的導(dǎo)軌一202和導(dǎo)軌二205上，同時(shí)固定在同步帶203上，通過x方向的電動(dòng)機(jī)208帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板5運(yùn)動(dòng)，所述的熔融沉積增材制造系統(tǒng)3和超聲支撐平臺(tái)1通過x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)2中的連接桿一201與連接桿二206連接；所述的超聲支撐平臺(tái)1由配重臺(tái)101、基座102、安裝桿103、超聲強(qiáng)化裝置支架106、風(fēng)扇107、軸向固定桿108，雙作用氣壓缸109、z向?qū)驐U一110與導(dǎo)向桿二111組成，所述的基座102通過螺栓連接到配重臺(tái)101上，所述的安裝桿103與基座102形成孔軸配合，并且通過安裝桿103與基座102上的鍵與鍵槽防止安裝桿103沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的超聲強(qiáng)化裝置支架106通過可調(diào)孔連接到安裝桿103上，通過螺栓固定，同時(shí)以鍵與鍵槽保證超聲強(qiáng)化裝置支架106不繞安裝桿103轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的軸向固定桿108通過螺栓固定在安裝桿103與超聲強(qiáng)化裝置支架106上，防止超聲強(qiáng)化裝置支架106沿安裝桿103軸向移動(dòng)，所述的風(fēng)扇107固定在超聲強(qiáng)化裝置支架106上，在超聲強(qiáng)化時(shí)對換能器起到冷卻的作用。在熔融沉積裝置打印完一層材料后，運(yùn)動(dòng)基板5沿x方向運(yùn)動(dòng)到超聲強(qiáng)化裝置下，雙作用氣壓缸109安裝在超聲強(qiáng)化裝置支架106，它根據(jù)計(jì)算機(jī)的設(shè)定，控制超聲強(qiáng)化裝置4沿z向?qū)驐U一110與導(dǎo)向桿二111向下移動(dòng)，直至接觸到打印件，此時(shí)控制超聲強(qiáng)化裝置4對打印件進(jìn)行超聲波強(qiáng)化；所述的超聲強(qiáng)化裝置4，由超聲工具頭401、變幅桿402、固定法蘭盤403、調(diào)平裝置404、換能器405和固定架406組成，所述的超聲頭401和變幅桿402通過螺紋螺栓連接，所述換能器405和變幅桿402通過螺紋螺栓連接，變幅桿402通過法蘭盤403和調(diào)平裝置404與固定架406安裝在一起，這種結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)固定超聲工作組的目的的同時(shí)，能夠通過超聲支撐平臺(tái)上的導(dǎo)向柱一110和導(dǎo)向柱二111實(shí)現(xiàn)超聲工作組沿z向的運(yùn)動(dòng)。所述的超聲強(qiáng)化的基本原理是利用功率源發(fā)生器將輸入低頻電轉(zhuǎn)變?yōu)?5～50khz的高頻電輸出，提供給換能器404內(nèi)部的壓電陶瓷，壓電陶瓷借助于壓電晶體的伸縮效應(yīng)將高頻電磁振蕩轉(zhuǎn)化為高頻、低振幅的機(jī)械振動(dòng)，變幅桿402再將機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移、速度放大或縮小并傳至工具頭401。當(dāng)工具頭作用于零件表面時(shí)，高頻的振動(dòng)產(chǎn)生的超聲波向下傳遞，超聲波的能量聚集上下層接觸面上，從而迅速熔化接觸面兩側(cè)的材料，冷卻后，上下層之間形成堅(jiān)固的分子鏈，結(jié)合效果有顯著的提高。所述的調(diào)平裝置404，由調(diào)平螺母4041、固定法蘭盤連接螺栓4042、固定法蘭盤4043、調(diào)平墊片4044、調(diào)平下法蘭盤4045、調(diào)平上法蘭盤4046、調(diào)平法蘭盤連接螺栓4047組成，所述調(diào)平螺栓4041通過固定法蘭盤4043上的螺紋孔作用在調(diào)平墊片4044上，所述調(diào)平墊片4044放置在固定法蘭盤4043內(nèi)，所述調(diào)平下法蘭盤4045放置在固定架406內(nèi)，上表面與變幅桿402的固定環(huán)4048接觸，所述調(diào)平上法蘭盤4046放置在固定架406內(nèi)，下表面與與變幅桿402的固定環(huán)4048接觸，通過螺栓4047連接上調(diào)平法蘭盤4046與調(diào)平下法蘭盤4045，連接到一起的調(diào)平法蘭盤還起到固定變幅桿的作用，這種調(diào)平機(jī)構(gòu)簡單可靠，易于裝配；所述的熔融沉積增材制造系統(tǒng)3由z向絲杠電動(dòng)機(jī)一303和z向絲杠電動(dòng)機(jī)二306、絲杠一302和絲杠二304、絲杠滑塊一308和絲杠滑塊二315、z向?qū)驐U一301和z向?qū)驐U二305、y向?qū)驐U313、y向同步帶314、y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)316、支撐板310、肋板一312和肋板二307、連接板一318、連接板二311和連接板三309、熔融沉積打印頭317組成，所述支撐板310與肋板一312和肋板二307通過連接板一318、連接板二311和連接板三309連接起來，用螺栓固定，所述的絲杠電動(dòng)機(jī)一303和z向絲杠電動(dòng)機(jī)二306通過螺絲固定在支撐板310兩側(cè)下端的隔板上，所述絲杠一302和絲杠二304連接在絲杠電動(dòng)機(jī)一303與z向絲杠電動(dòng)機(jī)二306上，并穿過絲杠滑塊一315和絲杠滑塊二308，另一端通過軸承連接在連接板一311與連接板二309上，所述z向?qū)驐U一301與z向?qū)驐U二305一端固定在支撐板310的隔板上，穿過絲杠滑塊，另一端通過螺紋連接在連接板一311與連接板二306上，所述y向?qū)驐U一313固定在絲杠滑塊一315與絲杠滑塊二308上，所述y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)316通過螺釘固定在左側(cè)的絲杠滑塊315上，所述y向同步帶314右端通過導(dǎo)輪固定在右側(cè)的絲杠滑塊308上，左側(cè)通過導(dǎo)輪固定在y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)316上，所述的熔融擠絲打印系統(tǒng)317固定在y向同步帶314上，通過y向?qū)驐U一313在y方向移動(dòng)；這種熔融怎材制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠，可組裝，方便運(yùn)輸，各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)比較精確，打印精度高；由于熔融沉積打印頭317可以在z方向移動(dòng)，那么基板206只需要在x方向移動(dòng)，減少了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高了超聲強(qiáng)化時(shí)的可靠性。所述的熔融沉積打印頭317，由風(fēng)扇31701、固定架31702、噴嘴31703、加熱鋁塊31704、散熱架31705、導(dǎo)絲電動(dòng)機(jī)31706、導(dǎo)絲裝置31707和固定板31708組成，所述的風(fēng)扇31701通過螺釘固定在固定架31702上，所述的散熱架31705、加熱鋁塊31704和噴頭31703通過螺紋連接在一起，同時(shí)固定在固定架31702上，所述導(dǎo)絲電動(dòng)機(jī)31706通過螺釘固定在導(dǎo)絲裝置31708上，所述的固定架31702和導(dǎo)絲裝置31707通過螺釘固定在固定板31708上，所述的固定板31708通過其上的導(dǎo)向孔連接在y向?qū)蛑?13上，所述的同步帶固定架31709通過螺釘固定在固定板31708上；利用同步帶把熔融沉積打印裝置固定在同步帶上；所述的x方向?qū)蜻B接系統(tǒng)2由導(dǎo)軌一202和導(dǎo)軌二205、連接桿一201和連接桿二206、同步帶203、導(dǎo)輪一204和導(dǎo)輪二207和x向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)208組成，所述導(dǎo)輪一204和導(dǎo)輪二207的兩端分別固定在超聲支撐平臺(tái)1的配重臺(tái)101和熔融沉積增材制造系統(tǒng)3的連接板318上，同時(shí)運(yùn)動(dòng)基板的底座通過導(dǎo)軌槽安裝在導(dǎo)軌一202和導(dǎo)軌二205上，在保證運(yùn)動(dòng)基板5運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確的同時(shí)，也可以保證在超聲強(qiáng)化時(shí)能夠?yàn)榛逄峁﹫?jiān)實(shí)的支撐，所述的連接桿一201和連接桿二206的兩端分別固定在超聲支撐平臺(tái)1的配重臺(tái)101和熔融沉積增材制造系統(tǒng)3的連接板318上，主要起到連接熔融沉積增材制造系統(tǒng)3和超聲支撐平臺(tái)1的目的，同時(shí)保證在工作過程中兩者不產(chǎn)生相對的移動(dòng)、偏移或扭轉(zhuǎn)；所述的同步帶203由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)208提供動(dòng)力，通過導(dǎo)輪一204和導(dǎo)輪二207實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)基板5固定在同步帶203上，通過同步帶203的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板運(yùn)動(dòng)。一種超聲熔融復(fù)合沉積增材制造方法，包括以下步驟：(1)、用三維軟件把需要的零件模型畫出來，保存為stl格式，應(yīng)用切片軟件進(jìn)行對模型切片，之后將切完片的數(shù)據(jù)導(dǎo)入超聲熔融復(fù)合沉積增材制造裝置；(2)、計(jì)算機(jī)根據(jù)零件切片后的數(shù)據(jù)控制x向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)208轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步帶203帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板5沿導(dǎo)軌一202和導(dǎo)軌二205運(yùn)動(dòng)到熔融沉積打印頭317下方初始位置，控制y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)316轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)熔融沉積打印頭317沿y向?qū)驐U313運(yùn)動(dòng)到初始位置，控制z向絲杠電動(dòng)機(jī)一303和z向絲杠電動(dòng)機(jī)二306轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)熔融沉積打印頭317沿z向?qū)驐U一301和z向?qū)驐U二305移動(dòng)到初始位置，根據(jù)切片的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)控制熔融沉積打印頭317，在x、y平面內(nèi)熔融沉積打??；(3)、當(dāng)熔融沉積打印頭317打印完零件的第二層時(shí)，計(jì)算機(jī)控制x向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)208轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步帶203帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基板5沿導(dǎo)軌一202和導(dǎo)軌二205運(yùn)動(dòng)到超聲強(qiáng)化裝置4下方的規(guī)定位置，由于超聲強(qiáng)化裝置4中的工具頭401的水平截面為190mm×190mm的正方形，則只需控制運(yùn)動(dòng)基板5在x方向移動(dòng)到規(guī)定位置即可；(4)、計(jì)算機(jī)控制超聲支撐平臺(tái)1上的雙作用氣壓缸109運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)超聲強(qiáng)化裝置4移動(dòng)到規(guī)定位置，此時(shí)工具頭401與運(yùn)動(dòng)基板5上的零件材料層接觸，換能器405通電，通過變幅桿402帶動(dòng)工具頭401在z方向做低振幅、高頻振動(dòng)，由于兩層材料接觸面的聲阻較大，超聲波的能量聚集在層與層接觸的地方，使原來接觸的上下層的接觸面有一點(diǎn)微小的熔化，而其他的地方卻不熔化，待冷卻后，由于接觸面重新的熔接，上下層的連接不再是簡單的沉積累加，而是結(jié)合為一個(gè)整體，大大加強(qiáng)了熔融沉積增材制造零件在z方向的拉伸強(qiáng)度，整個(gè)強(qiáng)化過程需要0.5～1.5s，同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測，這種超聲強(qiáng)化的方法對熔融沉積增材制造零件在x、y平面的拉伸強(qiáng)度也有一定的提高。在焊接過程中，工具頭401表面的振幅＝換能器表面的振幅402×變幅桿402增益×工具頭增益。根據(jù)零件材料的不同，適用不同的超聲波強(qiáng)化頻率、振幅和焊接時(shí)間。消耗的功率p＝f×v,(f為施加的力，v為速度)，速度v＝f×a,(f為頻率，a為振幅)，影響施力f的因素是氣壓缸的氣壓和超聲工具頭的下降速度。由于超聲設(shè)備的頻率是固定不變的，要強(qiáng)化層厚不同的fdm零件，可以通過改變功率的大小來實(shí)現(xiàn)。即通過改變振幅、施加力的大小、施加力的保持時(shí)間、強(qiáng)化的時(shí)間來強(qiáng)化不同層厚的零件，同時(shí)，可以通過改變這些參數(shù)來尋找最佳的強(qiáng)化效果。如表1所示，為超聲強(qiáng)化樣件與未超聲強(qiáng)化樣件拉伸力學(xué)性能對比，如圖12所示為超聲強(qiáng)化樣件與未超聲強(qiáng)化樣件拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線對比圖；表1超聲強(qiáng)化樣件與未超聲強(qiáng)化樣件拉伸力學(xué)性能對比表樣品名稱拉伸屈服應(yīng)力拉伸斷裂應(yīng)力彈性模量拉伸強(qiáng)度拉伸最大載荷單位mpampampampan未超聲強(qiáng)化樣件36.237536.23751828.1136.2375647.75256超聲強(qiáng)化樣件42.1413842.141382019.0542.14138718.29144可見經(jīng)本發(fā)明超聲強(qiáng)化的樣件與未超聲強(qiáng)化樣件相比，顯著增強(qiáng)熔融沉積增材制造零件的綜合力學(xué)性能。當(dāng)前第1頁12