[發明專利]一種金屬空心球復合材料增減材制造的方法

有效

• 申請號: 202110690601.X
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113414410B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 高華兵;江國瑞;姜風春;果春煥;肖明穎;王振
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B22F10/50
• 分類號: B22F10/50;B22F10/20;B22F10/38;B33Y10/00
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本發明提供一種金屬空心球復合材料增減材制造的方法，所述金屬空心球復合材料由嵌入在基體中的按一定空間排列方式規則排布的空心球和金屬基體構成，首先將目標零件轉化為數字模型文件，設計出打印路徑后直接將金屬粉體或絲狀材料熔融沉積在基材上，按照計算機仿真模擬輔助設計的空心球空間排列方式，利用數控加工機床的銑削減材功能，在沉積層上準確加工尺寸與空心球直徑吻合的、成一定排列方式的圓孔陣列，將尺寸均勻的金屬空心球放入加工好的圓孔，再進行下一層激光粉末沉積或絲材沉積，重復圓孔銑削加工—空心球布放—沉積成形的工藝過程，即可制造出空心球三維空間排列的復合材料。實現金屬空心球復合材料設計制造一體化，結構性能可控制。

技術領域

本發明涉及一種復合材料增減材制造的方法，尤其涉及一種金屬空心球復合材料增減材制造的方法，屬于減振降噪功能材料技術領域。

背景技術

由于多孔金屬材料的輕量化、減振降噪、多功能化等諸多優點和特殊性能，在航空航天、艦船、軍事等領域具有重要的應用價值。但是隨著工程應用領域對多孔金屬材料性能要求的逐漸提高，傳統的多孔金屬材料的一些缺點逐漸暴露出來。如金屬泡沫具有孔隙大小和分布不均勻的缺點，導致其材料性能不均勻；蜂窩材料的高度方向性導致縱橫向力學性能差異較大。金屬空心球復合材料是通過一定的制備工藝，將空心球均勻分布于金屬基體中，進而制備出含有空心球結構的金屬基復合材料。由于金屬空心球復合材料的孔隙分布均勻，尺寸相對均一，空心球的大小、壁厚以及在基體中的三維空間排列特征等都具有可設計的特點，因此，相比于傳統的泡沫金屬，該材料具有更為優良的機械性能，更好的阻尼和吸能特性，更好的降噪性能，更好的隔熱特性，故近年來工程領域對這種采用復合材料的設計思想開發的復合材料的關注度日益增加。

由空心球構成的復合材料因具有低密度、高強度、高能量吸收能力、良好的聲學、熱學性能、良好的阻尼性能等特點，已在航空航天和艦艇等領域獲得了應用。而金屬空心球在復合材料中的排列方式對復合材料的力學性能和功能特性有較大影響，但是采用傳統的鑄造和粉末冶金等方法制備的金屬空心球復合材料，空心球在復合材料中排布是隨機的，難以按照設計來精準的制造，這導致金屬空心球復合材料結構和性能不可控，難以根據工程需要做出符合設計的梯度功能復合材料，做不到結構和功能一體化，同時也難以保證高加工精度的要求，這使得采用傳統制備技術制備的金屬空心球復合材料的力學性能與功能特性難以兼顧。隨著應用的深入，工程領域迫切需要一種成分可調控，結構、功能可設計，高加工精度的金屬空心球復合材料。

隨著激光增材技術的不斷發展，其快速成型，近凈成形，可定制化相對于傳統加工方式具有很大優勢，激光增材制造金屬基復合材料結構件也得到了快速的發展，使得激光制造技術開發金屬空心球復合材料具有了可行性。

發明內容

本發明的目的是為了實現材料與結構在制造過程中充分體現設計意圖，達到真正意義上成分、結構和功能的一體化設計與制造而提供一種金屬空心球復合材料增減材制造的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種金屬空心球復合材料增減材制造的方法，所述金屬空心球復合材料由嵌入在基體中的按一定空間排列方式規則排布的空心球和金屬基體構成，包括如下步驟：

首先將目標零件轉化為數字模型文件，設計出打印路徑后直接將金屬粉體或絲狀材料熔融沉積在基材上，按照計算機仿真模擬輔助設計的空心球空間排列方式，利用數控加工機床的銑削減材功能，在沉積層上準確加工尺寸與空心球直徑吻合的、成一定排列方式的圓孔陣列，將尺寸均勻的金屬空心球放入加工好的圓孔，再進行下一層激光粉末沉積或絲材沉積，重復圓孔銑削加工—空心球布放—沉積成形的工藝過程，即可制造出空心球三維空間排列的復合材料。

具體包括如下步驟：

步驟1，基板表面除銹除油，裝夾定位；

步驟2，分別編輯增材制造、銑削、打孔、放球路徑；