[发明专利]功能复合蜂窝材料的增材制造方法

说明书

本发明提出一种功能复合蜂窝材料的增材制造方法，属于增材制造技术领域。在打印过程中，使用两种材质不同的合金粉末送粉打印制备功能复合蜂窝材料，然后经去应力退火热处理工艺，消除复合蜂窝材料打印件的残余内应力，改善宏观力学性能。本发明制备的三层功能复合蜂窝材料改良了原有的蜂窝材料结构，使得蜂窝结构材料结构性能更加稳定，适应了更大的市场需求。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体是一种功能复合蜂窝材料的制备方法。

背景技术

蜂窝材料是一种二维的多胞材料，具有密度小、刚度低、压缩变性能力大等特点。一般来说，可以将任何金属材料制备蜂窝。目前，在金属蜂窝材料中应用较多的是铝合金与钛合金，因为此两种合金均有密度小、比强度高、耐腐蚀等特点，因此制备成的蜂窝材料既保留了原有的合金的优良特性，又具备了蜂窝材料的结构和力学性能，金属蜂窝材料因此应用于各个工业部门。

目前，对蜂窝材料加工使用最多的是高效数控加工、线切割、激光切割、高压水枪切割以及电火花加工等蜂窝材料加工技术。传统的蜂窝材料数控加工方法对结构复杂的蜂窝材料加工存在加工效率低、精度偏低等问题。对此国内外有相关专家学者探索制备蜂窝材料的先进方法。

浙江大学金成柱博士针对NOMEX蜂窝的高速铣削加工工艺进行了研究；Gibson等提出了蜂窝材料的等效弹性参数公式，即Gibson公式；Kennedy对复合材料的高速铣削加工提出了系统的加工方案；新加坡南洋理工大学的Foo等针对NOMEX蜂窝进行了机械性能研究试验。

同样，也有针对金属蜂窝材料的制备。例如，中国专利CN101648269A提出了一种钛蜂窝的制备方法。将钛粉、聚乙烯醇、海藻酸钠和正辛醇均匀混合搅拌，接着固化脱蜡烧结，随炉冷却至室温以后，得到钛蜂窝材料。此种方法有工艺简单和成本较低的特点。

以上研究均针对了蜂窝材料制备等方面，但还对功能复合蜂窝材料的研究的制备工艺方法，尤其是增材制造工艺亟待发掘。

发明内容

本发明目的在于提供一种功能梯度材料的增材制造方法，旨在通过3D打印+热处理的方式，生产具有优异微观组织及力学性能的功能复合蜂窝材料，复合蜂窝材料的基层和内外功能层材质即合金粉末A和合金粉末B可以是钢与钛合金、钢与高温合金、铜基合金与钛合金、铜基合金与高温合金，且不限于以上所列的四种材料搭配。

本发明的基本构思是首先用金属3D打印机制备三层复合蜂窝材料，其中中间为2～3mm厚的基层，内外均为1～1.5mm厚的功能材料层。此时的打印出的复合蜂窝材料中存在较大的残余内应力，不能满足工程上较高的性能要求。然后采用去应力退火的方式来达到去除功能复合蜂窝材料参残余内应力的目的，从而适应更大的市场需求。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种功能复合蜂窝材料的增材制造方法，具体包括：

步骤1、采用增材制造技术，将两种材质不同的合金粉末按中间基层和内外功能材料层结构，选用送粉打印方式进行打印，在首层打印时，先打印出2～3mm厚的中间基层，再打印出内外均为1～1.5mm厚的内外功能材料层，形成第一层的蜂窝结构，单层打印高度为0.5～1mm；

步骤2、重复步骤1多次打印，直至分层打印出完整的蜂窝结构，蜂窝材料结构的打印高度为50mm～100mm；

步骤3、将上述蜂窝材料结构进行去应力退火处理，具体包括：将蜂窝材料结构置于真空热处理炉内，抽真空，以V_升的速度加热至热处理温度T₁，保温时间t，以速度V_降冷却至室温，或者，炉冷至温度T₂后再空冷至室温，完成去应力退火工艺。

进一步的，中间基层的材质为钢或铜基合金。