[发明专利]一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法有效

专利信息
申请号: 202210353681.4 申请日: 2022-04-05
公开(公告)号: CN114653967B 公开(公告)日: 2023-02-07
发明(设计)人: 吴文征;郑奥都;李桂伟;张政;李学超;周怿明;李轲;孙浩岚;赵继;任露泉;朱景荣 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: B22F10/28 分类号: B22F10/28;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y80/00;B22F10/38;B22F10/364;B22F10/366
代理公司: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100 代理人: 魏征骥
地址: 130012 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 金属 玻璃 晶格 结构 复合材料 零件 制造 方法
【权利要求书】:

1.一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法,其特征在于,包括下列步骤:

步骤1、根据成形后金属玻璃晶格结构零件的力学性能要求,基于拓扑学理论构建微观单元几何模型,采用均匀化法对金属玻璃晶格结构模型性能进行预测并优化微观结构单元参数,确定微观结构单元的几何参数和排列方向;

步骤2、采用CATIA软件建立金属玻璃零件模型,再根据设计好的参数,建立微观单元几何模型,将其排列累积成晶格骨架结构模型,将设计好的金属玻璃零件模型和晶格结构模型放置在一个文件中,在随后的制造中,金属玻璃零件模型对应零件体中的非晶态部分,晶格结构模型则对应晶态骨架部分;

步骤3、将金属玻璃零件和晶格结构的三维模型文件以STL格式输入到选区激光熔化增材制造系统控制软件中,设置层厚及扫描间距,再分别对金属玻璃零件模型和晶格结构模型设定不同的激光功率和扫描速度,软件根据参数设置,将三维模型的数据进行分层切片处理,并将每层的数据变换成振镜偏转代码及激光器功率调控代码;

步骤4、将准备好的金属玻璃粉末放入成形室内的供粉缸中,完成后向成形室内通入高纯度氩气,进行洗气操作,待氧气浓度下降到规定值以下时,启动选区激光熔化增材制造系统;

步骤5、利用选区激光熔化增材制造系统进行具有晶格结构的金属玻璃零件的成形,根据三维模型切片处理的层轮廓信息与工艺参数信息,调节振镜角度及激光器功率,按照一定的参数熔化粉床上铺好的金属玻璃粉末,待其冷却凝固后,即完成该层的成形;

步骤6、成形缸下降一定距离,供粉缸上升一定距离,通过铺粉刮刀在成形缸上铺上一层粉末,再进行下一层切片轮廓的成形,如此层层叠加,直至最后成形出完整的具有晶格结构的金属玻璃零件。

2.根据权利要求1所述的一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法,其特征在于:所述步骤1中所述晶格结构包括体心立方结构、面心立方结构、密排六方晶格结构。

3.根据权利要求1所述的一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法,其特征在于:所述步骤2中所述的宏微观结构建模用SolidWorks、Pro/E和UG三维建模软件建模。

4.根据权利要求1所述的一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法,其特征在于:所述步骤3中所述的各个参数的可调范围如下,激光功率0-500W、扫描速度0-1600mm/s、层厚30-40μm,扫描间距70-110μm,由于粉末经过激光熔化再凝固后,其组织结构主要由能量密度决定,因此通过调控激光工艺参数的方式控制不同位置的组织结构,零件的非晶部分通过将激光功率设置在100-300W内,扫描速度设置在700-900mm/s内来成形,材料的晶态骨架部分通过设置更高的能量密度或是二次扫描的方式来成形。

5.根据权利要求1所述的一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法,其特征在于:所述步骤4中所述的金属玻璃粉末是Pd基、Fe基、Zr基、Mg基、Al基、Ti基、Cu基、Ce基、La基金属玻璃中的一种或几种。

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