[发明专利]一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层及其制造方法

说明书

本发明公开了一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层，包括两层包覆板，包覆板之间设置有芯部夹层，芯部夹层包括若干个相互连接的镂空点阵填充单元，每个镂空点阵填充单元内均通过若干个微小密集的镂空胞元组成。本发明通过采用镂空点阵填充单元形成镂空夹层，结构质量轻，比强度高，减重效益最大可达85％以上，同时具备隔热、隔音等功能性效益；实现了结构轻质化和功能化的综合效益提升，避免单一结构夹心板对多工况下应用领域下的性能不匹配现象，最终实现梯度功能；同时采用激光选区熔化技术，可避免传统夹层与外包覆板间连接区域的强度降低风险及复杂的多工序流转，有很好的使用价值。

技术领域

本发明属于镂空结构制备技术领域，具体涉及一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层，本发明还涉及一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层的制造方法。

背景技术

镂空结构作为一种特殊的材料结构形式，与传统实心材料相比，具有更轻的质量，同时因镂空结构及排布的不同，也会有不同程度的比强度效益(强度/重量之比)。目前镂空结构主要应用于航空航天及医疗领域，例如蒙皮结构、非主承力框架，人体医疗植入体等，因受制于传统加工工艺的工艺局限性，镂空点阵结构形式一般都较为简单，主要以十字交叉形、金字塔形为主，整体强度和功能性都有所欠缺。

选择性激光熔化(SLM)是一种利用激光作为加工介质对金属粉末材料逐层进行加工，从而制造致密金属零件的新型材料加工技术，因其高柔性、高精度的制造加工特点，可将其适用于实际产品中，则会出现整个制造过程不需传统的模具、夹具等配套设施，有效控制产品附加成本的特点，对于复杂结构，其加工优势更为明显，因此，选择性激光熔化技术能高效的制备复杂形式的镂空点阵结构。

传统夹层结构内部填充物多为形式均一的填充或实心结构，不仅质量较大，而且无法实现梯度功能性，传统镂空点阵结构的制备多采用粘接或冲压后焊接的方式，结构自由度受诸多工艺性制约，实现工序步骤多，风险较大，芯部与夹层作为两部分连接在一起，连接区域的强度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层，解决了镂空点阵夹层质量较大、整体强度和功能性都有所欠缺，无法实现梯度功能性的问题。

本发明一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层所采用的技术方案是，包括两层包覆板，包覆板之间设置有芯部夹层，芯部夹层包括若干个相互连接的镂空点阵填充单元，每个镂空点阵填充单元内均通过若干个微小密集的镂空胞元组成。

本发明的特征在于，

每个镂空点阵填充单元的外接体均为呈正方体的外包轮廓体，且每个外包轮廓体的边长均为3-10mm。

外包轮廓体边长上均匀分布有12-20个结点，外包轮廓体内部均匀分布有9个结点，所有的结点按照特定的空间分布规律连接形成具有空间分布特征的镂空点阵填充单元，特定的空间分布规律为：选取任意结点为确定的结点并作为起始点，采用圆杆将结点两两连接成闭合结构。

圆杆直径为外包轮廓体边长尺寸的5-20％。

任意圆杆与外包轮廓体表面的夹角为35°-45°。

本发明的另一目的是提供一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层的制造方法。

本发明一种具有梯度功能性的镂空点阵夹层的制造方法所采用的技术方案是，包括以下步骤：

步骤1，将绘制的镂空点阵夹层结构的三维数据模型转换为STL格式数据并导出；

步骤2，将步骤1得到的STL格式数据导入商用模型剖分软件中，并确定激光选区熔化过程中零件的摆放位置，利用商用模型剖分软件将模型剖分为片层数据导入商用3D打印设备中；

步骤3，制定激光选区熔化加工过程的成形工艺，设定激光选区熔化参数，得到一次整体成形的具有梯度功能性的镂空点阵夹层结构。

本发明的特征还在于，