[发明专利]一种用于增材制造物体的丝材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于增材制造物体的丝材。该丝材由芯材和至少一层的包覆层构成。其制备步骤包括：(1)根据增材制造的所述物体的化学元素含量至少选择两种原材料，并确定各所述原材料的质量百分比；(2)在各所述原材料中选取熔点最低的原材料作为芯材；(3)将其余各所述原材料按熔点由低到高的顺序依次包覆在所述芯材上，得到坯料；(4)对坯料进行拉拔，得到所述的丝材。与现有技术相比，本发明丝材在已有的原材料基础上通过调整芯材和各包覆层即可满足增材制造具有新化学成分物体的开发设计需要，无需形成新合金的铸造过程，也无需复杂的多丝送丝控制系统，具有研发、生产新产品周期短，成本低，生产灵活性高的特点。

技术领域

本发明属于送丝式定向能量沉积增材制造领域，具体涉及一种用于增材制造物体特别是含多组分的物体的丝材。

背景技术

近年来，增材制造技术的发展为合金材料的制备技术提供了一种新的可能。增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术，是基于离散-堆积的原理，通过材料逐层叠加的方法来制造实体的一种新兴技术。在金属材增材制造技术方面，主要有粉末床熔融技术(PBF)和定向能量沉积技术(DED)两大类技术，使用粉末或丝材做为原材料。其中，送丝式的定向能量沉积技术被认为是多组分新合金材料制备的一种很有潜力的方法。

送丝式的定向能量沉积技术主要包括电子束熔丝沉积成形技术(EBAM)和电弧熔丝沉积成形技术(WAAM)。基本原理是利用高能量密度的热源轰击金属表面，在前一沉积层或基材上形成熔池，金属丝材从旁轴送进，受热熔化进入熔池。随着工作台的移动，使熔积体沿着一定的路径逐渐沉积，进而形成新的沉积层，层层堆积，直至制造出金属零件或毛坯。

对于增材制造含两种以上化学元素的物体(如合金材料、零件或毛坯)，一种方式是基于单丝，即直接采用与物体材质相同的合金丝材，如CN112048646A，但这种方式的不足是调整合金丝材的成分较为复杂，为制造不同材质的物体通常需要有相应材质的合金丝材库存，导致生产的灵活性低，特别是在开发设计具有新化学成分的物体方面存在一定的局限性。

另一种方式则是基于多丝共熔进行增材制造，即将两种以上不同组分的丝材送进至熔池，各丝材(如A、B丝材)在熔池内充分熔合、凝固，形成了新化学成分的合金沉积体，其工作原理见图1，这种方式可通过不同丝材的组合及送丝速度的控制以满足不同材质物体的增材制造需要，备料压力相对较轻。但由于不同组分的丝材在物理、化学性质上的差异，当同时送进不同组分丝材时，很难控制熔点差异较大的材料能够在同一位置同时熔化并一起进入熔池，在增材制造熔池快速熔凝特性下，各组分的材料熔化后在熔池内混合时间短，最终影响成形件成分的均匀性，因此，这种方式对各丝材的送丝控制精度提出了非常高的要求，设备成本较高。

发明内容

为克服现有技术在增材制造物体时存在的上述不足，本发明提供一种用于增材制造物体特别是含两种以上化学元素的物体的丝材。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于增材制造物体的丝材，其特点在于：所述丝材由芯材和至少一层的包覆层构成。

优选地，在所述丝材中，所述芯材熔点最低，最外层的包覆层熔点最高。

更优选地，各所述包覆层的熔点由内向外依次升高。

优选地，各所述包覆层的厚度如下：

其中，δ_i为由内向外的第i层包覆层的厚度，

m_i为第i层包覆层在所述丝材中的质量百分比，

ρ_i为第i层包覆层的密度，

m₀为芯材在所述丝材中的质量百分比，

ρ₀为芯材的密度，