[发明专利]增材制造方法、制备梯度薄膜材料的方法及设备

说明书

本发明公开了一种增材制造方法、制备梯度薄膜材料的方法及设备，属于增材制造技术领域，所要解决的是效率低、晶粒粒度大且不均匀以及结合区域结合力差的技术问题。该增材制造方法包括以下步骤：1)获得第一层组织层：以基体为阴极、沉积材料为阳极，将沉积材料沉积到基体的表面并形成第一层组织层；2)获得第n(2≤n≤N)层组织层：以获得第n‑1层组织层后的基体为阴极、沉积材料为阳极，将沉积材料沉积到所述第n‑1层组织层的表面并形成第n层组织层；对所述第n层组织层进行滚压处理以控制其变形量和降低表面粗糙度；3)当N层组织层全部获得后进行热处理；相邻两层组织层的晶粒粒度不相同和/或构成相邻两层组织层的沉积材料不相同。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及组织层晶粒大小可控的增材制造方法、制备梯度薄膜材料的方法及设备。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种自下而上的制造方法。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造(Rapid Prototyping)”、“三维打印(3D Printing)”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication)”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。现有的增材制造方法中，以激光束、电子束、等离子或离子束为热源，加热材料使之结合、直接制造零件的方法，称为高能束流快速制造，是增材制造领域的重要分支，在工业领域最为常见。

但这类方法存在以下难以攻克的难点：

1)如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是一个难点，例如金属直接成型中，激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制直接影响制造精度和制件性能。

2)增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层的工艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展，控制更小的层厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。

3)增材制造在向大尺寸构件制造技术发展，例如金属激光直接制造飞机上的钛合金框睴结构件，框睴结构件长度可达6m，制作时间过长，如何实现多激光束同步制造，提高制造效率，保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的难点。

4)增材制造所得增材组织的晶粒较大且分布不均匀，这严重影响了最终构件的机械力学性能，控制增材组织内的晶粒尺寸的一致性以及相邻增材组织的显微组织的差异性是发展的另一难点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供组织层晶粒尺寸可控的增材制造方法，以解决现有技术中的增材制造方法存在的效率低、晶粒粒度大且不均匀以及结合区域结合力差的问题。本发明还要提供梯度薄膜材料的制备方法和制备设备，以解决现有薄膜材料存在的机械强度差和生产效率低的问题

为了实现上述目的，提供了一种组织层晶粒尺寸可控的增材制造方法。所述组织层为N(N≥2)层，该组织层晶粒大小可控的增材制造方法包括以下步骤：

1)获得第一层组织层：以基体为阴极、沉积材料为阳极，利用电弧沉积加工将沉积材料沉积到基体的表面并形成第一层组织层；对所述第一层组织层进行滚压处理以控制所述第一层组织层的变形量和降低表面粗糙度；

2)获得第n(2≤n≤N)层组织层：以获得第n-1层组织层后的基体为阴极、沉积材料为阳极，利用电弧沉积加工将沉积材料沉积到所述第n-1层组织层的表面并形成第n层组织层；对所述第n层组织层进行滚压处理以控制所述第n层组织层的变形量和降低表面粗糙度；

3)当N层组织层全部获得后得到坯体，然后对该坯体进行热处理；

其中，相邻两层组织层的晶粒粒度不相同和/或构成相邻两层组织层的沉积材料不相同。