[發明專利]增材制造增強散熱金屬零件的方法

在審

• 申請號: 202110039073.1
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112872368A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 梁祖磊;孫中剛;陳小龍;李永華
• 申請（專利權）人: 南京尚吉增材制造研究院有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B33Y10/00;B33Y40/00;B33Y80/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松;王菊花

本發明提供一種增材制造增強散熱金屬零件的方法，包括以下步驟：在打印前通過三維建模軟件為低導熱率金屬零件添加異質散熱通道結構，異質散熱通道結構的通道一側處于高溫區，另一側處于散熱區；將低導熱率金屬零件與異質散熱通道結構裝配為一個整體導入切片軟件劃分沉積層；利用金屬零件材料以及異質材料逐層打印，直到打印完成，得到包含異質散熱通道結構的低導熱率零件毛坯，其中在同一沉積層內，使用一種或多種高熱導率材料沉積散熱通道結構，使用零件材料沉積零件結構；對低導熱率零件毛坯進行機加工，去除基板，得到散熱改善的低導熱率金屬零件。本方法利用金屬立體成型技術在低導熱率零件中添加散熱通道以達到快速散熱的目的。

技術領域

本發明涉及金屬零件增材制造技術領域，具體而言涉及一種增材制造增強散熱金屬零件的方法。

背景技術

區別于傳統的“減材”和“等材”制造，增材制造可直接基于數據模型，通過添加材料的方法制造零件。與傳統制造方法相比，增材制造技術可高效率、低成本的制造難加工的復雜零件，在航空航天、汽車、生物醫療方面具有廣闊的應用前景。根據成型方式的不同，增材制造可分為預鋪料式和送料式。金屬立體成型通常采用的送料式增材技術，送料方式包括送粉式和送絲式，適用于小批量、大尺寸金屬零件的快速成型。

金屬立體成型過程是在數控系統的控制下，用同步送料熔覆的方法將金屬材料按照一定的填充路徑在基材上逐點堆積形成沉積層，逐層堆積最終形成三維實體零件。使用金屬立體成型技術可以根據需要更換沉積材料的種類，例如采用不銹鋼、鈦合金等材料形成輕質的增材制造零部件，低熱導率零件在使用過程中容易造成熱量累積，影響設備或裝置的使用性能。

發明內容

本發明目的在于提供一種增材制造增強散熱金屬零件的方法，基于金屬立體成型技術，采用同步送料的激光熔覆增材制造，根據成型的低熱導率的金屬零件選擇主材料以及功能材料，為了提高低導熱率零件的散熱能力、提高相應設備或裝置的使用性能，本方法利用金屬立體成型技術在低導熱率零件中添加散熱通道以達到快速散熱的目的。

為實現上述目的，本發明提出的增材制造增強散熱金屬零件的方法包括以下步驟：

步驟1、在增材制造打印前，通過三維建模軟件為待打印的低導熱率金屬零件添加異質散熱通道結構，所述異質散熱通道根據打印零件類型確定；所述異質散熱通道結構的通道一側處于高溫區，另一側處于散熱區；

步驟2、將低導熱率金屬零件與異質散熱通道結構裝配為一個整體導入切片軟件劃分沉積層；

步驟3、利用低導熱率金屬零件材料以及散熱通道結構的異質材料在基板上進行逐層打印，直到打印完成，得到包含異質散熱通道結構的低導熱率零件毛坯，其中在同一沉積層內，使用一種或多種高熱導率材料沉積散熱通道結構，使用零件材料沉積零件結構；

步驟4、對低導熱率零件毛坯進行機加工，去除基板，得到散熱改善的低導熱率金屬零件。

優選地，所述異質散熱通道結構為樹狀散熱通道結構、網格狀散熱通道結構或者花冠狀散熱通道結構中的一種。

優選地，所述低導熱率金屬零件為不銹鋼零件、鈦合金零件或者高溫合金零件。

優選地，所述異質散熱通道結構的異質材料為銅合金或者鋁合金。

優選地，步驟1中，對于一側接觸高溫區域而其他部分接觸低溫區的低導熱率金屬零件，在添加異質散熱通道結構時，增加樹狀散熱通道結構或者網格狀散熱通道結構。

優選地，在打印過程中，采用逐層沉積成型的方式打印低導熱率金屬零件和異質散熱通道結構，直到打印完成。

優選地，步驟1中，對于中心接觸高溫區域而其他邊緣部分接觸低溫區的低導熱率金屬零件，在添加異質散熱通道結構時，增加花冠狀散熱通道結構，形成數條連接零件中心和四周的高熱導率散熱通道。