[發明專利]一種鋁合金周期性點陣多孔結構的快速成形制造方法

有效

• 申請號: 201310688053.2
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104715091B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 閆春澤;史玉升;朱偉;魏青松
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

本發明公開了一種鋁合金周期性點陣多孔結構的快速成形制造方法。通過CAD軟件構建基于點陣單元的周期性點陣多孔結構的三維模型，將模型以STL格式輸出，導入到SLM成形設備中，激光束根據切片層的數據選擇性地熔化區域內的鋁合金粉末得到二維的金屬結構，經層層堆積最終可以得到與CAD模型一致的三維鋁合金多孔結構，再經過熱處理、分離、噴砂等后續處理即可得到表面光潔、性能良好的鋁合金周期性點陣多孔結構。本發明克服了傳統制造方法的如下缺陷：（1）工藝過程繁瑣，制造周期長；（2）難以成形甚至不能成形形狀結構復雜鋁合金周期性多孔結構，難以控制周期性多孔結構的單元尺寸和孔隙率；（3）模具制造費用昂貴，成本高。

技術領域

本發明涉及先進制造技術，具體涉及一種鋁合金周期性點陣多孔結構的快速成形制造方法，尤其適用于航空航天、熱交換器、隔音隔熱產品等應用領域所需的鋁合金多孔材料的制造加工。

技術背景

輕質金屬多孔結構材料具有相對密度低、質量輕、比強度高、隔音、隔熱、能量吸收率高等優良的性能特點。金屬多孔結構通常有兩種類型：隨機性多孔結構和周期性點陣多孔結構。金屬隨機性多孔結構一般由隨機分布的開孔或閉孔組成，而金屬周期性點陣多孔結構則是由點陣單元周期性重復排列形成的均勻結構。一般而言，周期性多孔材料的機械性能（如強度、剛度和能量吸收率）、負載承受能力、表觀密度、結構性能的可控性都要優于隨機性多孔材料。因此，金屬周期性點陣多孔結構可以用來制造能夠滿足高附加值工程產品（如汽車、航空航天、醫學器械等）所需的先進性能或多功能的輕質結構。

目前，周期多孔鋁合金結構主要采用傳統的精密鑄造以及二維片層折疊/焊接的方法來制造，但是這些傳統方法由于成形模具復雜度等的限制，只能用來成形一些結構簡單的多孔結構，很難或根本無法實現點陣單元優化、復雜的周期性多孔鋁合金的成形制造。目前的情況是可以設計優化出高性能多孔鋁合金材料，但無法實現制造成形，極大的限制了該種材料的應用。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種鋁合金周期性點陣多孔結構的快速成形制造方法，旨在省去傳統加工方法的一些繁雜環節，并可制造不同單元尺寸和孔隙率的鋁合金周期性點陣多孔結構。

本發明提供的一種鋁合金周期性點陣多孔結構的快速成形制造方法，包括下述步驟：

（1）在CAD軟件上建立周期性點陣多孔結構模型，將CAD文件轉成STL格式文件，以備進行選擇性激光熔化（Selective Laser Sintering，SLM）加工；

（2）選取適合SLM工藝的鋁合金粉末。其中粉末平均粒徑在5-50μm范圍內，顆粒形狀為球形或者近球形；

（3）在惰性氣體保護下，對鋁合金粉末進行SLM成形，得到相應形狀的工件；

（4）在惰性氣體的保護下進行熱處理，去除工件內部的熱應力；

（5）采用線切割工藝將工件從基板上分離，并進行陶瓷珠噴砂處理，從而最終得到具有鋁合金多孔結構的工件。

相對于目前制造鋁合金多孔材料的方法而言，本發明具有以下優點：

（1）解決了傳統加工方法難以制造或者制造周期長、成本高的問題；

（2）不需要模具，可以整體制造形狀復雜的鋁合金多孔結構，尤其是可以按照CAD軟件設計的模型進行加工，具有很大的設計自由度。

具體實施方式

本發明的總體思路是：先通過CAD軟件構建基于點陣單元的周期性點陣多孔結構的三維模型，然后將模型以STL格式輸出，導入到SLM成形設備中，激光束根據切片層的數據選擇性地熔化區域內的鋁合金粉末得到二維的金屬結構，經層層堆積最終可以得到與CAD模型一致的三維鋁合金多孔結構。經過熱處理、分離、噴砂等后續處理即可得到表面光潔、性能良好的鋁合金周期性點陣多孔結構。