[发明专利]一种多孔网格结构材料的设计及制作方法

权利要求书

1.一种多孔网格结构材料的设计及制作方法，其特征在于：在实体零件模型中，将零件要求填充网格结构的部分在magics软件中与母体零件进行分离，并填充进单元拓扑结构，再与零件被分离的其他未填充网格部分做布尔运算，再次形成整体，最后添加支撑并形成切片分层；要求填充网格结构的部分是需要填充多孔材料的部分，且多孔材料内孔形状和尺寸能在一定范围内任意调节；

填充网格结构具体为：先应用ansys软件里的拓扑优化模块topological opt，设置好材料属性、弹性模量及体积分数，然后根据模块分析得出的密度云图，在三维画图软件SolidWorks上进行模型重建。在SolidWorks上进行三维重建后，导入至magics软件中作为单元网格结构，以任意的大小比例填充至各种需要采用网格结构的具体零件的三维模型当中，然后再对此零件进行制造。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：根据零件所需材料对应的金属粉末材料填充到增材制作设备铺粉缸中；

步骤二：将权利要求1形成切片分层后的分层数据导入增材制作设备连接的计算机上，根据三维图形的结构与体积设定模型的打印位置与角度，调用材料的加工工艺参数，规划扫描路径；

步骤三：增材制作设备中的铺粉系统向工作腔内的基板上表面铺设金属粉末；

步骤四：向工作腔内通入保护气体，气压稳定后，增材制作设备中的激光束按照生成的扫描路径扫描铺设好的粉末，受激光束扫描后的金属粉末材料熔化后固结于所述的基板上；

步骤五：工作平台下降一层粉末厚度、铺粉缸上升一层粉末厚度，铺粉辊在已经烧结了一层图形的基板上表面铺设下一层金属粉末；

步骤六：重复步骤四至步骤五，直至整个多孔零件三维模型整体烧结完成。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤四中保护气体使工作腔内的氧气体积百分含量低于0.1％。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤一具体为：首先将建立的多孔材料零件三维模型在分层软件中延z轴方向等厚度切片分层为一系列二维图形；然后根据切片处理成的二维图形生成所有切片分层上的激光扫描路径。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤三中所述基板为增材制作设备的工作平台上放置一块材质与多孔材料零件相同的水平基板，该基板面积小于等于工作平台并紧固于工作平台上。

6.根据权利要求2的方法，其特征在于步骤三中所述金属粉末每一层粉末厚度为0.01mm-0.1mm之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：多孔材料零件的支撑添加方式为数据处理时填充网格的部分采用实体的支撑方式，而其他部分采用块状网格支撑方式，且避免在网格间隙内加其他支撑。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：单元拓扑结构由八个形貌相同但排列方向各异的拓扑优化结构组合而成，每个结构的设计都严格遵守拓扑软件优化后的密度云图结果；拓扑优化过程简化为一个n×n×n正方体，n为大于等于1的整数；正方体右上角(n，n,n)受到一个的集中载荷力，左下角(0,0,0)为固定端，输入材料本身无孔隙情况下的弹性模量和泊松比及多孔结构的体积分数；网格划分20层，设定拓扑优化控制过程并求解得到最终的密度云图，最后在密度云图中控制输出密度为0.8以上部分。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：具体的排列方式是：对已经建好的拓扑模型以经过受力方向的表面B为基准面，进行一次镜像处理得到1/4模型，然后再依次以垂直于受力方向的表面A和另一个经过受力方向的表面C为基准面进行镜像处理后，最终呈现一个完整的单元网格结构。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于原始材料为钛或者钛合金或者钴铬合金。