[发明专利]多孔材料的电弧熔丝增材制造方法

说明书

本发明提供一种多孔材料的电弧熔丝增材制造方法，采用单电弧或多热源作为熔丝增材制造的热源，在堆积过程中通过调节电弧高度、角度、电流、电压等参数，同时施加预设的保护气体对电弧形态、熔滴形态进行干扰，使熔滴以不稳定的形式过渡，从而使熔滴进入熔池时产生飞溅，其结果是形成包含大量固定尺寸孔洞的金属结构，孔洞尺寸可以通过电弧参数的控制实现设计，通过软件与数控系统按照预定路径行进，即可制造出特定形状的多孔材料结构件。本发明的方法通过对电弧的调控，可以实现多孔材料的高效率制备。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，尤其涉及多孔材料的电弧熔丝增材制造方法。

背景技术

含一定数量孔洞的固体叫多孔材料，是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。多孔材料能提高强度、刚度等机械性能，同时降低密度，应用在航天、航空业具有一定的优势。据测算，如果将飞机改用多孔材料，在同等性能条件下，飞机重量减小到原来的一半。多孔材料另一机械性能的改变是冲击韧性的提高，应用于汽车工业能有效降低交通事故对乘客的创造伤害。

在众多的多孔材料中，制备角度、无序孔多孔材料的制备较容易，且制备成本较低，易于大量推广和使用，例如泡沫金属。常见的制备方法有五种：1)粉末冶金法，它又可分为松散烧结和反应烧结两种；2)渗流法；3)喷射沉积法；4)熔体发泡法；5)共晶定向凝固法。

增材制造技术通过软件与数控系统按照多孔材料孔壁路径进行逐层堆积，可以实现不同金属材料、非金属材料的多孔结构制造。增材制造技术的不足主要有：必须按照孔壁路径进行叠加，打印精度要求较高；精度的提高导致制造过程效率低，单件打印时间较长等等。

发明内容

根据上述提出的打印精度要求高造成的制造过程效率低、单价打印时间长等技术问题，而提供一种多孔材料的电弧熔丝增材制造方法。本发明通过调节电弧并施加外部因素的方法使电弧熔丝增材制造过程中，熔滴过渡方式发生改变，形成包含大量孔洞的金属结构，从而利用这种状态的电弧熔滴过渡方式进行逐层叠加，形成一种高效多孔材料的增材制造方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种多孔材料的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，采用单电弧或多热源作为熔丝增材制造的热源，通过调节电弧并施加外部因素作用，干扰熔滴过渡方式，形成包含大量固定尺寸孔洞的金属结构；包括如下步骤：

步骤S1、根据所需要成形的材料，调节电弧高度、角度、电流及电压等参数，以及施加外部预设的保护气体的流量、角度及流速等，对电弧进行干扰，获得不稳定的熔滴过渡形态所需参数；

步骤S2、根据结构件形状，对增材制造路径进行规划、切片，满足成形需求，按照预设的参数、沿规划的路径进行首层的熔丝堆积，获得单层形成包含大量固定尺寸孔洞的金属结构；

步骤S3、在首层多孔结构上覆盖大于0.005mm以上的金属箔材或板材，再进行第二层多孔材料的熔丝堆积，避免第二层金属堵塞第一层所形成的孔洞；

步骤S4、根据规划的路径重复步骤S3，最终获得多层立体结构的多孔材料结构件。

进一步地，用单电弧或者多热源作为熔丝增材制造的热源，其中，电弧包括熔化极气体保护焊电弧、非熔化极气体保护焊电弧，以及激光等作为辅助热源。

进一步地，所述外部因素包括额外施加的CO₂、Ar、N₂、H₂、O₂、He等气体，以及雾化水等。

进一步地，所述成形的材料可以选择铝合金、钢、镁合金或钛合金。