[发明专利]一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法

权利要求书

1.一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，包括金属粉腔圆球(1)、金属基板(2)、计算机(4)和激光器(3)，其特征在于：所述金属粉腔圆球按照一定空间排列方式规则排列，所述激光器(3)可发射的激光束，所述激光束可通过扫描振镜(5)射入聚焦透镜(6)，所述聚焦透镜(6)所折射的激光束通过激光窗口(7)落入铺粉层(8)的表面，所述激光束可对所述铺粉层(8)表面的金属粉末选取激光融化，所述铺粉层(8)的上方设置有刮刀(12)，所述金属粉末可进入送粉仓(9)，所述送粉仓(9)的一侧设置有成型仓(10)，所述成型仓(10)的右侧设置有回收仓(11)。

2.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述金属粉腔圆球(1)按照一定空间排列方式规则排在金属结构中。

3.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述金属粉腔圆球(1)结构空间排列可为体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构等多种排列方式，金属粉腔圆球直径为1～30mm，金属粉腔圆球结构的空间占比为50％～74％。

4.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述金属粉腔圆球(1)是由充满金属粉末的圆球构成，且圆球中金属粉末可通过添加其他强化项。

5.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述激光融化成形仓保护气氛为纯度为99.99％的高纯氩气，所述激光器(3)采用380w光纤激光器，其中扫描采用的激光功率范围为150～350w、光斑直径为0.1～0.6mm、扫描速度600～1200mm/s、扫描搭接率为10％～50％、金属基板厚度10～30mm。

6.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述刮刀(12)的底部可将金属粉末均匀铺设在金属基板(2)的上表面。

7.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述金属基板(2)表面可涂抹除锈除油。

8.根据权利要求1所述的一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，其特征在于：所述激光器(3)发射激光束依次通过扫描振镜(5)、聚焦透镜(6)和激光窗口(7)，作用于铺粉层(8)上表面，按照扫描路径对金属粉末进行选取激光融化。

9.一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，包括以下步骤：

S1:根据有限元分析力学、隔热、减振和吸声要求，设计金属粉腔圆球结构单胞，建立不同金属粉腔圆球结构与力学、隔热、减振和吸声性能的映射关系，建立结构-功能库；

S2：获取构件工况载荷参数，有限元分析构件各部位功能需求，根据构件各部分功能需求，从结构库中选择合适结构，将连续几何体构件以某一方向，将单胞结构阵列排布一层或多层，生成一个连续的几何构件模型；

S3：对金属粉腔圆球结构几何构件模型进行性能仿真分析，判断所选结构模型是否满足设计要求，若满足，则进行SLM成形制造，若不满足，则进行结构优化设计直到满足设计要求；

SLM成形制造；

S1：将金属粉腔圆球结构按照设计要求排列于构件模型中，生成金属粉腔圆球结构三维数字模型；

S2：将构件三维数字模型导入切片软件中，将模型按20～120μm层厚切片分层，生成每层的二维图像轮廓，然后根据二维轮廓生成特定的激光扫描路径，从而按照每层的金属粉腔圆球(1)结构进行逐层加工；

S3：对金属基板(2)表面除锈除油，装夹定位，设定成形仓加工工艺参数，刮刀将金属粉末均匀铺设在金属基板(2)上，铺设厚度为20～120μm；

S4：激光器(3)发射激光束，通过扫描振镜(5)、聚焦透镜(6)、激光窗口(7)，最终落在铺粉层(8)上，按照扫描路径对金属粉末进行选取激光融化，反复进行，逐层加工圆球粉腔晶格结构构件；

S5：加工完成，通过热处理、喷砂等后处理，提高构件质量。