搅拌摩擦增材制造技术(Friction Stir Additive Manufacturing,FSAM)解决了大多数基于熔融的金属增材制造的固有缺陷,在轻合金增材方面独具优势。但现有的固态搅拌摩擦增材制造技术存在着颗粒易污染的问题、增材效率较低、材料利用率较低等问题,使搅拌摩擦增材制造在工程运用中出现困难。因此,本文采用搅拌摩擦焊与增材制造相结合的技术,开发了一种无轴肩的侧向搅拌摩擦增材制造技术。本文选取6156-T6铝合金的侧向搅拌摩擦增材制造作为研究对象,自主设计了适用于侧向搅拌摩擦增材制造的增材工具,对增材过程中的工艺参数的选择及优化进行了探索,阐述了侧向FSAM工艺流程的特点,揭示了工艺参数对增材区表面成型的影响;通过外观成形及内部宏观成型确定最佳工艺参数后,系统的对比了不同工艺参数下,侧向FSAM增材区的宏微观组织及力学性能等的区别;通过测量侧向FSAM增材过程中的温度变化并关联增材区组织性能的改变,揭示了不同阶段的能量热输入特征及热输入对增材区组织性能的影响。采用设计制造的侧向FSAM增材工具进行增材制造,为了保证侧向FSAM的热输入,增材工具需在600r/min以上转速下进行。同时在整体试验前,需要确定增材工具倾角、下压量、垫板材料等参数。研究了工艺参数与增材区的表面成型及力学性能之间的相互关系,只有选择合适的工艺参数才能获得表面成型美观、力学性能优良的增材区,实现优质的侧向搅拌摩擦增材制造。通过拉伸试验评估增材区的力学性能。采用侧向FSAM增材工具进行试验,当工具转速不变时,增材区的抗拉强度随着行进速度的增加先升高后降低;当增材工具行进速度不变时,增材区的抗拉强度随增材工具转速的增加先增大后减小。研究发现,工具转速为950r/min、行进速度为37.5mm/min时,稳定增材区的抗拉强度最高达到200MPa,延伸率达到25%远高于增材条料母材。根据金相组织特征将整体的增材样件宏观金相组织分为侧向搅拌摩擦制造增材区、增材-基板结合区和基板区,其中基板区的断口发生在标距两端且端口表面较光滑,结合区的断口在标距内且呈锯齿状,稳定增材区断口在标距内且颈缩明显。采集了侧向搅拌摩擦增材制造过程中的温度数据,阐明了在工艺窗口内不同转速与行进速度下增材成型过程中的热输入特征及温度曲线的变化规律,揭示了热输入/热循环与侧搅拌摩擦增材制造的组织演变及性能之间的关系。通过总体测温试验数据的分析,可以发现侧向FSAM增材制造过程中温度曲线分为五个阶段,在增材工具切入和稳定增材成型阶段之间,一般会存在类似“平台”现象的升温停驻并在继续进给后消失。在增材条料中心点取出一条温度划线,测量了不同工艺参数下不同增材阶段的该线上的一维温度场。整理了测量结果并研究了各工艺参数对侧向FSAM温度场的影响。研究表明,随着增材工具旋转速度的增加,增材制造热输入增加,导致增材制造中热循环温度峰值升高并降低冷却速度,进而使晶粒尺寸上升,基板区显微硬度下降。增材行进速度对侧向FSAM热循环的影响与工具转速的影响相反,冷却速度随增材行进速度的升高而升高,晶粒尺寸随之降低。增材制造过程中较高的热循环会降低基板的抗拉强度与屈服强度,但对稳定增材区的抗拉强度与屈服强度影响较小。本文揭示了 6156铝合金侧向搅拌摩擦增材制造的优势,以期为侧向FSAM技术的研究及应用推广奠定理论基础与实用价值。