[發明專利]一種增減材復合成形凹坑形仿生非光滑表面制造方法

有效

• 申請號: 202110352916.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113084198B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 吳文征;王嘉琦;李桂偉;王海明;李學超;周懌明;張政;蘆海濤;楊旭;劉慶萍;趙繼;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/60;B22F10/66;B22F10/38;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種增減材復合成形凹坑形仿生非光滑表面制造方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1、選用金屬粉末，粒度范圍15～53μm；

步驟2、設計三維模型，利用三維建模軟件根據實際需要設計三維模型，同時留出線切割余量0.2～0.6mm，設計完成后保存為STL格式；

步驟3、打開選區激光熔化切片軟件Magics，將STL格式三維模型導入軟件，并使用操作命令使模型至最佳位置，并根據三維模型以及非光滑表面的需要設置打印參數：功率100～500W，打印速度100～2000mm/s，切片厚度30～50μm，填充圖案類型：無圖案，路徑距離0.06～0.16mm，旋轉初始角度0～90°，旋轉增量30～90°；

步驟4、利用選區激光熔化設備進行增材制造，佩戴好防護裝備，清理成型倉并用酒精擦拭鏡片，開機，對刀，安置好打印基板，并放置粉末進行鋪粉，將設置好參數及模型的數據導入計算機，并開啟氮氣瓶，進行除氧，當含氧量達到目標值后，開始打印，設備自動從起始層進行打印，第一層鋪粉打印方向完畢，成型缸下移一層，再進行鋪粉，第二層打印方向與第一層成一定角度交叉，第二層熔道間縫隙與第一層熔道間縫隙的交點處會出現微小凹坑，這就是凹坑雛形，繼續層層往復堆疊成增材制造實體；

步驟5、利用線切割技術將增材制造實體從金屬基板上切割下來，首先將帶有增材制造實體的基板固定在工作臺上，當金屬絲根據預先輸入的數據在XY方向移動時，開始加工，增材制造實體在每個電壓脈沖下熔化并去除，最終增材制造實體完全脫離基板，切割完成；

步驟6、利用酒精對增材制造實體進行超聲波清洗并干燥，首先將增材制造實體裝入密封袋，向密封袋里倒入酒精，將裝有酒精的密封袋放入超聲波清洗機中進行清洗2～10min，取出密封袋用鑷子夾出增材制造實體，用吹風機吹干；

步驟7、利用直流電源5～60V、導線、電流表、燒杯、攪拌器搭建電化學拋光實驗臺，電解液為濃磷酸和濃硫酸的混合酸，磷酸和硫酸比例是(2～4)：1；

步驟8、電化學拋光，在5～15V直流電、20～60℃、200～500r轉速下進行拋光，陽極為增材制造實體，接直流電源正極；陰極為截面是矩形的金屬棒，長度稍長于增材制造實體，并放置于方管內孔正中心，接直流電源負極，陰陽極分別固定，保證相對位置，防止陰極與陽極接觸，發生短路，利用電源進行拋光，增材制造實體部分為凹坑雛形截面圖，增材制造實體上下外凸部分為兩相鄰熔道，中間內凹部分為凹坑雛形，最先腐蝕的是電流密度大的表面凸起熔道和上下兩層垂直熔道之間的凹坑雛形，隨著拋光的進行，凹坑慢慢的形成，凸起慢慢減小，從而使表面達到較好粗糙度并產生凹坑形微結構；

步驟9、利用超聲波清洗裝置對凹坑形仿生非光滑表面進行清洗并干燥。

2.根據權利要求1所述的一種增減材復合成形凹坑形仿生非光滑表面制造方法，其特征在于：所述步驟1中的金屬粉末與聚合物、陶瓷或纖維材料混合，該聚合物、陶瓷或纖維材料粒度范圍在15～55μm。

3.根據權利要求1所述的一種增減材復合成形凹坑形仿生非光滑表面制造方法，其特征在于：所述步驟2中的三維建模軟件包括SolidWorks、CATIA、Pro/E或UG。

4.根據權利要求1所述的一種增減材復合成形凹坑形仿生非光滑表面制造方法，其特征在于：所述步驟7中攪拌器采用磁力攪拌器或電動攪拌器，磷酸和硫酸比例是2：1。

5.根據權利要求1所述的一種增減材復合成形凹坑形仿生非光滑表面制造方法，其特征在于：所述步驟8中陰極材料采用不銹鋼、銅或鉑，陰極位置視三維模型的結構所定，如果是平面，陰極和待加工平面間距保持在20～30mm。