[发明专利]一种非匀质仿生结构増材制造方法

权利要求书

1.一种非匀质仿生结构増材制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、获取待加工工件的数字化三维模型，并对其进行规则化前期预处理；

2）、根据工程需求，确定待加工工件所需的功能特性要求及性能约束条件；

3）、以功能特性要求和性能约束条件为目标，确定增材制造过程中所采用的仿生结构的具体形式，并根据待加工工件的基底材料、功能特性要求和性能约束条件选择增材制造过程中采用的非匀质材料；

4）、根据待加工区域的三维模型、仿生结构和性能约束要求，确定仿生结构参数，建立仿生结构参数模型；

5）、采用有限元分析工具对采用非匀质仿生结构的增材制造模型进行模拟、分析和校验，如果数值模拟结果能够满足性能约束条件，则进入下一步；否则返回步骤4），重新设定仿生结构参数；

6）、根据仿生结构要求，对待加工工件的数字化三维模型，进行分单元和分层切片，并获得增材制造的加工路径；

7）、根据材料特性和加工工艺要求，确定增材制造过程中的送粉参数、激光参数、运动参数，建立加工参数建模；

8）、将确定好的加工路径、加工参数输入到增材制造设备中完成增材制造；

步骤1）中所述的规则化前期预处理，包括对待加工区域的三维模型进行挖、切、补的操作，使得待加工区域变得齐整、平滑、顺直，以方便后续工作的进行；

步骤2）中所述的功能特性要求，是摩擦磨损性能、抗冲击性能、疲劳性能、减阻性能的仿生功能特性中的任何一种；性能约束条件则是对功能特性的具体量化要求；

步骤3）中所述的仿生结构包括：纵深方向梯度结构、三明治结构、水平方向刚柔耦合结构、化学/物理非光滑结构；

步骤4）中所述的仿生结构参数包括：刚柔材料配比、刚柔材料尺寸、表面形貌、层厚度、梯度变化形式、梯度变化规律；

步骤6）中所述的加工路径是一系列三维点集，一系列三维点集构成了激光头和送粉头在每一个切片层上的运动轨迹；这些运动轨迹是由仿生结构参数确定的；

步骤7）中所述的送粉参数包括：粉末材料、送粉量、送粉孔直径、持续时间；所述的激光参数包括：激光功率、离焦量、光斑直径、出光时间；所述的运动参数包括：运动速度、加速度、运动时长；

步骤8）中所述的增材制造设备是激光熔覆加工设备或是3D打印设备。

2.根据权利要求1所述的一种非匀质仿生结构増材制造方法，其特征在于：所述的运动轨迹的生成方式可分为一次成型方式和多次成型方式；一次成型方式形成的运动轨迹是一条持续推进的路线，没有回退过程，在运动过程中加工粉末的材质会自动进行切换，以实现非匀质结构；多次成型方式形成的运动轨迹则由多条运动路线组成，多条运动路线之间没有重叠，每条路线中仅采用一种材质的加工粉末进行加工，这种方式通过多次成型来实现非匀质结构。

3.根据权利要求1所述的一种非匀质仿生结构増材制造方法，其特征在于：所述送粉参数、激光参数和运动参数有相同的时间起点；送粉参数、激光参数和运动参数以时间序列为索引，在同一时间点上具有同步性。

4.根据权利要求1所述的一种非匀质仿生结构増材制造方法，其特征在于：还包括步骤9），步骤9）进行性能检测、评价及后处理。