[发明专利]一种金属空心球复合材料增减材制造的方法

说明书

本发明提供一种金属空心球复合材料增减材制造的方法，所述金属空心球复合材料由嵌入在基体中的按一定空间排列方式规则排布的空心球和金属基体构成，首先将目标零件转化为数字模型文件，设计出打印路径后直接将金属粉体或丝状材料熔融沉积在基材上，按照计算机仿真模拟辅助设计的空心球空间排列方式，利用数控加工机床的铣削减材功能，在沉积层上准确加工尺寸与空心球直径吻合的、成一定排列方式的圆孔阵列，将尺寸均匀的金属空心球放入加工好的圆孔，再进行下一层激光粉末沉积或丝材沉积，重复圆孔铣削加工—空心球布放—沉积成形的工艺过程，即可制造出空心球三维空间排列的复合材料。实现金属空心球复合材料设计制造一体化，结构性能可控制。

技术领域

本发明涉及一种复合材料增减材制造的方法，尤其涉及一种金属空心球复合材料增减材制造的方法，属于减振降噪功能材料技术领域。

背景技术

由于多孔金属材料的轻量化、减振降噪、多功能化等诸多优点和特殊性能，在航空航天、舰船、军事等领域具有重要的应用价值。但是随着工程应用领域对多孔金属材料性能要求的逐渐提高，传统的多孔金属材料的一些缺点逐渐暴露出来。如金属泡沫具有孔隙大小和分布不均匀的缺点，导致其材料性能不均匀；蜂窝材料的高度方向性导致纵横向力学性能差异较大。金属空心球复合材料是通过一定的制备工艺，将空心球均匀分布于金属基体中，进而制备出含有空心球结构的金属基复合材料。由于金属空心球复合材料的孔隙分布均匀，尺寸相对均一，空心球的大小、壁厚以及在基体中的三维空间排列特征等都具有可设计的特点，因此，相比于传统的泡沫金属，该材料具有更为优良的机械性能，更好的阻尼和吸能特性，更好的降噪性能，更好的隔热特性，故近年来工程领域对这种采用复合材料的设计思想开发的复合材料的关注度日益增加。

由空心球构成的复合材料因具有低密度、高强度、高能量吸收能力、良好的声学、热学性能、良好的阻尼性能等特点，已在航空航天和舰艇等领域获得了应用。而金属空心球在复合材料中的排列方式对复合材料的力学性能和功能特性有较大影响，但是采用传统的铸造和粉末冶金等方法制备的金属空心球复合材料，空心球在复合材料中排布是随机的，难以按照设计来精准的制造，这导致金属空心球复合材料结构和性能不可控，难以根据工程需要做出符合设计的梯度功能复合材料，做不到结构和功能一体化，同时也难以保证高加工精度的要求，这使得采用传统制备技术制备的金属空心球复合材料的力学性能与功能特性难以兼顾。随着应用的深入，工程领域迫切需要一种成分可调控，结构、功能可设计，高加工精度的金属空心球复合材料。

随着激光增材技术的不断发展，其快速成型，近净成形，可定制化相对于传统加工方式具有很大优势，激光增材制造金属基复合材料结构件也得到了快速的发展，使得激光制造技术开发金属空心球复合材料具有了可行性。

发明内容

本发明的目的是为了实现材料与结构在制造过程中充分体现设计意图，达到真正意义上成分、结构和功能的一体化设计与制造而提供一种金属空心球复合材料增减材制造的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种金属空心球复合材料增减材制造的方法，所述金属空心球复合材料由嵌入在基体中的按一定空间排列方式规则排布的空心球和金属基体构成，包括如下步骤：

首先将目标零件转化为数字模型文件，设计出打印路径后直接将金属粉体或丝状材料熔融沉积在基材上，按照计算机仿真模拟辅助设计的空心球空间排列方式，利用数控加工机床的铣削减材功能，在沉积层上准确加工尺寸与空心球直径吻合的、成一定排列方式的圆孔阵列，将尺寸均匀的金属空心球放入加工好的圆孔，再进行下一层激光粉末沉积或丝材沉积，重复圆孔铣削加工—空心球布放—沉积成形的工艺过程，即可制造出空心球三维空间排列的复合材料。

具体包括如下步骤：

步骤1，基板表面除锈除油，装夹定位；

步骤2，分别编辑增材制造、铣削、打孔、放球路径；