[发明专利]一种轻量化刚柔耦合异质结构的增材制造方法

权利要求书

1.一种轻量化刚柔耦合异质结构的增材制造方法，其特征是：它包括如下步骤：

（一）根据异质结构设计以及材料的相溶性和软硬差别特征，选择增材制造所用的软质材料的原材料和硬质材料的原材料；

（二）根据所要增材制造成型的两种异质材料，选择基板材料，然后对所用的基板进行尺寸切割、表面打磨及清洁处理；

（三）在基板上按照如下步骤分区域增材制造硬质材料和软质材料的结构单元体，且纵向区域皆为硬质材料，横向区域皆为软质材料：

（1）按照设计顺序，依次在区域a、区域b和区域c分别增材制造硬质材料；

（2）按照设计顺序，依次在区域d、区域e和区域f和区域g分别增材制造硬质材料；

（3）按照设计顺序，依次在区域h、区域i、区域j、区域k、区域l和区域m分别增材制造软质材料；

（4）按照设计顺序，依次在区域n、区域o、区域p、区域q、区域r、区域s、区域t和区域u分别增材制造软质材料；

当所述软质材料和硬质材料为异质金属时，采用激光沉积增材制造，并采用保护气体对增材制造部位进行保护；所述激光沉积增材制造时采用激光沉积增材制造设备，所述激光沉积增材制造设备包括激光器和激光沉积头，所述激光沉积头的外侧沿其周向均匀设置有六个与其内腔相通的送粉管，其中，间隔设置的三个送粉管输送软质材料的原材料粉末，间隔设置的另外三个送粉管输送硬质材料的原材料粉末；

当所述软质材料和硬质材料为异质金属时，在激光沉积增材制造设备的数控系统中输入CAD模型，利用路径规划软件对轮廓数据进行扫描路径处理，确定增材制造位置，获取位置参数，最后将数据导入激光沉积增材制造设备中，在保护气氛围下，按照步骤（三）中的顺序，分区域增材制造马氏体钢和奥氏体钢的结构单元体；所述硬质材料为马氏体钢，所述硬质材料的原材料为马氏体钢粉末，所述软质材料为奥氏体钢，所述软质材料的原材料为奥氏体钢粉末，所述马氏体钢粉末和奥氏体钢粉末的粒度大小为40-100μm；

当所述软质材料和硬质材料为异质热塑性塑料时，采用熔融沉积增材制造；所述硬质材料为ABS热塑性塑料，所述硬质材料的原材料为ABS热塑性塑料丝材，所述软质材料为TPU热塑性塑料，所述软质材料的原材料为TPU热塑性塑料丝材。

当所述软质材料和硬质材料为异质热塑性塑料时，在熔融沉积增材制造设备的数控系统中输入CAD软件建构的模型图，增材制造设备的熔丝喷头会在电脑的控制下，根据模型图截面轮廓和填充轨迹运动，ABS热塑性塑料丝材和TPU热塑性塑料丝材在熔丝喷头内被加热融化，流动状态的材料被熔丝喷嘴输送到指定位置，按照步骤（三）中的顺序，分区域增材制造ABS热塑性塑料和TPU热塑性塑料的结构单元体。

（四）用线切割或者机械加工将上述增材制造的具有结构间隙的栅状异质结构从基板上整体取下。

2.根据权利要求1所述的轻量化刚柔耦合异质结构的增材制造方法，其特征是：所述步骤（三）中硬质材料和软质材料的结构单元体按照成型路径进行增材制造，增材制造成型路径可以采用单道沉积、双道沉积或多道沉积。

3.根据权利要求2所述的轻量化刚柔耦合异质结构的增材制造方法，其特征是：所述激光器采用YAG固体激光器或IPG光纤激光器，所述激光器的激光功率为400-5000W，所述激光器的聚焦光斑直径为0.5-3mm、扫描速度为4-30mm/s，所述保护气体为氩气，所述保护气体的浓度为99.99%，所述保护气体的流量为10-20L/min，所述奥氏体钢和马氏体钢的原材料粉末的送粉量为5-50g/min，所述异质材料间的搭接率为3-7%。

4.根据权利要求3所述的轻量化刚柔耦合异质结构的增材制造方法，其特征是：所述熔融沉积增材制造时采用熔融沉积增材制造设备，所述熔融沉积增材制造设备包括熔丝喷头，所述熔丝喷头上设置有两个并排布置的熔丝喷嘴，两个熔丝喷嘴分别输送融化后的ABS热塑性塑料丝材和TPU热塑性塑料丝材。

5.根据权利要求4所述的轻量化刚柔耦合异质结构的增材制造方法，其特征是：所述ABS热塑性塑料丝材的直径和TPU热塑性塑料丝材的直径分别为1.75mm，所述熔丝喷头增材制造时的温度为180-270℃，打印速度为20-60mm/s，所述异质材料间的搭接率为3-7%。