[发明专利]承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法及系统

权利要求书

1.一种承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

成分设计步骤：对功能梯度材料进行成分设计；

结构设计步骤：对功能梯度材料进行结构设计；

路径规划步骤：基于结构设计进行轨迹规划；

结构成型步骤：基于成分设计和轨迹规划进行功能梯度材料的结构成型。

2.根据权利要求1所述的承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述成分设计步骤中，基于高通量化学成分设计对功能梯度材料进行设计，结合增材制造过程热信息参数，通过有限元仿真和热力学计算确定各梯度层宽度与化学成分的解，得到仿真结果；通过功能梯度材料制备试验、后续成分分布测试和结合性能测试校验仿真结果，获得功能梯度材料的成分设计。

3.根据权利要求1所述的承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述结构设计步骤中，采用生物结构对承力区进行仿生设计，采用仿真优化方法对蒙皮区进行设计，采用蜂窝仿生学对隔热区进行设计，根据热流仿真结果对防热区进行结构设计，得到功能梯度材料的结构设计为承力防隔热一体化热防护结构三维模型。

4.根据权利要求3所述的承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述路径规划步骤中，将承力防隔热一体化热防护结构三维模型划分为宏观的承力区模型、宏观的蒙皮区模型、微观的隔热区模型和微观的防热区模型四部分，进行分层切片与轨迹规划，得到承力防隔热梯度结构成形轨迹。

5.根据权利要求4所述的承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述结构成型步骤中，将承力防隔热梯度结构成形轨迹导入复合增减材系统，将基板装入定位销钉中，并对设备原点进行标定；

将功能梯度材料的各种成分的原材料粉末分别装入对应的送粉筒内，向增材成形腔体内通入氩气；

当增材成型腔体内部氧含量低于预定含量后，在基板上先成形宏观结构，后成形微观结构。

6.根据权利要求5所述承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述结构成型步骤中，宏观结构采用复合增减材系统中的四束流大功率增材设备成形保证成形效率，成形尺寸至少为5mm；微观结构采用复合增减材系统中的小功率环形激光送粉设备成形保证点阵精度，成形尺寸为至少为80μm。

7.根据权利要求5所述承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述结构成型步骤中，所述微观结构成形之前，对宏观结构进行去应力退火处理，退火温度为200-600℃，随后通过复合增减材系统中的打磨设备进行减材打磨处理至表面粗糙度为预定值。

8.根据权利要求5所述承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述结构成型步骤中，微观结构成形过程中通过改变送粉器双筒粉末转速实现梯度材料变化：第一到三层单筒基体送粉，粉末转速为0.4r/min到0.8r/min之间；第四到六层基体粉末转速和隔热材料粉末转速的比值为5：3；第七到八层基体粉末转速和隔热材料粉末转速的比值为2：5；第九到二十层单筒隔热材料送粉，粉末转速为0.3r/min到0.7r/min之间。

9.根据权利要求4所述承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，其特征在于，在所述路径规划步骤中，轨迹规划时采用分区切块和应力仿真。

10.一种承力防隔热梯度材料与结构增材制造系统，其特征在于，应用权利要求1-9任一所述的承力防隔热梯度材料与结构增材制造方法，包括如下模块：

成分设计模块：对功能梯度材料进行成分设计；

结构设计模块：对功能梯度材料进行结构设计；

路径规划模块：基于结构设计进行轨迹规划；

结构成型模块：基于成分设计和轨迹规划进行功能梯度材料的结构成型。