[发明专利]一种增强泡沫铝复合板选择性激光熔化成形方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印增材制造技术领域，具体涉及一种增强泡沫铝复合板选择性激光熔化成形方法。

背景技术

泡沫铝是以铝为基体其中分散着无数气泡的类似泡沫状的超轻金属材料，孔隙率为40%-98%。由于泡沫铝合金内部为特殊的胞状多孔结构，其具有密度小、比强度比刚度高、吸声减振、电磁屏蔽性强、隔热和阻燃等优点，在冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域应用前景广阔。然而纯金属泡沫铝合金材料在抗冲击，耐磨损方面性能较差，使其应用范围受到限制。在泡沫铝中添加高强度、高硬度的增强体材料，如陶瓷、碳纤维、SiC等，材料的力学性能、耐磨性能都有了很大的提高。然而增强泡沫铝在传统制备过程中往往存在增强体颗粒分布不均，增强体颗粒与基体润湿性差，界面结合不牢，成品内部气泡大小不一、分布不匀，材料稳定性差等问题。

增强泡沫铝作为结构材料时，由于其表面存在许多气泡凹坑，往往将其加工成“三明治”结构，在增强泡沫铝两侧粘贴或者焊接表面平整的板材。为了满足不同环境的需要，其板材需要选用不同的材料。然而由于两者材料不同，在增强泡沫铝表面粘贴或焊接平板时，往往存在粘贴或者焊接不牢的现象，从而降低了该结构材料的使用性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种增强泡沫铝复合板选择性激光熔化成形方法。选择性激光熔化成形技术是3D打印技术领域最具发展潜力的技术之一。选择性激光熔化成形基本原理为：首先建立零件的三维实体模型，然后对该三维模型进行切片分层，得到各截面的二维轮廓数据，将这些数据导入快速成形设备的计算机中，计算机按照设置的扫描方式，驱动激光熔化成形系统进行扫描成形，逐步堆叠成三维零件。选择性激光熔化成形金属基复合材料时，激光的高能量能够提高金属与增强体的润湿性，提高界面结合强度，同时由于激光扫描轨迹可控，成形零件的结构也可控。当成形粉末混合均匀时，制备的零件内部增强体分布也比较均匀。选择性激光熔化成形零件时，可实现一次成形，无需后续拼接、焊接等，即使材料不同，不同材料结合界面结合强度较高。

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种增强泡沫铝复合板选择性激光熔化成形方法，该方法是采用选择性激光熔化成形装置制备增强泡沫铝复合板，增强泡沫铝复合板为“三明治”结构，最外面平板材质可以为陶瓷板、铝板、钢板等，中间为增强泡沫铝，按照以下步骤完成的：

第一步，根据成形零件的需要，计算增强泡沫铝复合板两侧平板的厚度及成分配比。

第二步，对增强体进行预处理。

第三步，对成形粉末进行混合。

第四步，建立零件三维模，利用Magics软件和切片软件对三维模型进行处理，将处理的数据传到成形设备控制系统，进行打印成形。

第五步，设定预热温度、激光功率、扫描速度等工艺参数。

第六步，打开激光器，进行增强泡沫铝复合板选择性激光熔化成形。

第七步，对成形零件进行后处理。

根据上述方法，陶瓷泡沫铝复合板选择性激光熔化成形时，复合板两侧平板为Al₂O₃陶瓷板，板厚为5-20mm。中间泡沫铝厚度为50-200mm，成分主要有Al₂O₃和纯铝粉，Al₂O₃质量分数为10-40%，纯铝粉质量分数为60-90%。

根据上述方法，碳纤维泡沫铝复合板选择性激光熔化成形时，复合板两侧平板为钢板，板厚为1-10mm。中间泡沫铝厚度为20-100mm，成分主要有碳纤维和A356铝合金，碳纤维质量分数为0.1-0.5%，A356铝合金质量分数为99.5-99.9%。

根据上述方法，碳化硅泡沫铝复合板选择性激光熔化成形时，复合板两侧平板为7075铝板，板厚为1-10mm。中间泡沫铝厚度为5-80mm，成分主要有SiC和7075铝合金，SiC质量分数为5-10%，7075铝合金质量分数为90-95%。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：该方法实现了陶瓷-泡沫铝复合板一次整体成形，省去了传统方法将平板焊接或粘贴在泡沫铝两侧的二次加工。本方法增加了增强体与铝的润湿性，增加了界面结合强度，解决了增强体在铝基体团聚的难题，增加了增强体的分散性，制备的内部空隙结构也更加均匀，从而提高了增强泡沫铝复合板的综合力学性能。

具体实施方式

实施例一

本发明一种增强泡沫铝复合板选择性激光熔化成形方法，按照以下步骤完成的：