[發明專利]一種用于增材制造物體的絲材及其制備方法

有效

• 申請號: 202111080139.8
• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113732303B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 郭光耀;李晉煒;穆成成;周子軍;邵華
• 申請（專利權）人: 浙江智熔增材制造技術有限公司
• 主分類號: B22F10/20
• 分類號: B22F10/20;B33Y70/00;C21D8/06;C21D1/30;B32B15/20;B32B15/18;B32B15/01;B21C37/04
• 代理公司: 無錫智麥知識產權代理事務所(普通合伙) 32492
• 代理人: 王普慧

本發明公開了一種用于增材制造物體的絲材。該絲材由芯材和至少一層的包覆層構成。其制備步驟包括：(1)根據增材制造的所述物體的化學元素含量至少選擇兩種原材料，并確定各所述原材料的質量百分比；(2)在各所述原材料中選取熔點最低的原材料作為芯材；(3)將其余各所述原材料按熔點由低到高的順序依次包覆在所述芯材上，得到坯料；(4)對坯料進行拉拔，得到所述的絲材。與現有技術相比，本發明絲材在已有的原材料基礎上通過調整芯材和各包覆層即可滿足增材制造具有新化學成分物體的開發設計需要，無需形成新合金的鑄造過程，也無需復雜的多絲送絲控制系統，具有研發、生產新產品周期短，成本低，生產靈活性高的特點。

技術領域

本發明屬于送絲式定向能量沉積增材制造領域，具體涉及一種用于增材制造物體特別是含多組分的物體的絲材。

背景技術

近年來，增材制造技術的發展為合金材料的制備技術提供了一種新的可能。增材制造(Additive?Manufacturing，AM)技術，是基于離散-堆積的原理，通過材料逐層疊加的方法來制造實體的一種新興技術。在金屬材增材制造技術方面，主要有粉末床熔融技術(PBF)和定向能量沉積技術(DED)兩大類技術，使用粉末或絲材做為原材料。其中，送絲式的定向能量沉積技術被認為是多組分新合金材料制備的一種很有潛力的方法。

送絲式的定向能量沉積技術主要包括電子束熔絲沉積成形技術(EBAM)和電弧熔絲沉積成形技術(WAAM)。基本原理是利用高能量密度的熱源轟擊金屬表面，在前一沉積層或基材上形成熔池，金屬絲材從旁軸送進，受熱熔化進入熔池。隨著工作臺的移動，使熔積體沿著一定的路徑逐漸沉積，進而形成新的沉積層，層層堆積，直至制造出金屬零件或毛坯。

對于增材制造含兩種以上化學元素的物體(如合金材料、零件或毛坯)，一種方式是基于單絲，即直接采用與物體材質相同的合金絲材，如CN112048646A，但這種方式的不足是調整合金絲材的成分較為復雜，為制造不同材質的物體通常需要有相應材質的合金絲材庫存，導致生產的靈活性低，特別是在開發設計具有新化學成分的物體方面存在一定的局限性。

另一種方式則是基于多絲共熔進行增材制造，即將兩種以上不同組分的絲材送進至熔池，各絲材(如A、B絲材)在熔池內充分熔合、凝固，形成了新化學成分的合金沉積體，其工作原理見圖1，這種方式可通過不同絲材的組合及送絲速度的控制以滿足不同材質物體的增材制造需要，備料壓力相對較輕。但由于不同組分的絲材在物理、化學性質上的差異，當同時送進不同組分絲材時，很難控制熔點差異較大的材料能夠在同一位置同時熔化并一起進入熔池，在增材制造熔池快速熔凝特性下，各組分的材料熔化后在熔池內混合時間短，最終影響成形件成分的均勻性，因此，這種方式對各絲材的送絲控制精度提出了非常高的要求，設備成本較高。

發明內容

為克服現有技術在增材制造物體時存在的上述不足，本發明提供一種用于增材制造物體特別是含兩種以上化學元素的物體的絲材。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種用于增材制造物體的絲材，其特點在于：所述絲材由芯材和至少一層的包覆層構成。

優選地，在所述絲材中，所述芯材熔點最低，最外層的包覆層熔點最高。

更優選地，各所述包覆層的熔點由內向外依次升高。

優選地，各所述包覆層的厚度如下：

其中，δ_i為由內向外的第i層包覆層的厚度，

m_i為第i層包覆層在所述絲材中的質量百分比，

ρ_i為第i層包覆層的密度，

m₀為芯材在所述絲材中的質量百分比，

ρ₀為芯材的密度，