[发明专利]一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法

说明书

本发明涉及功能材料及其制备方法技术领域，具体为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、金属基板、计算机和激光器，金属粉腔圆球按照一定空间排列方式规则排列。该金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，作为一种新型多孔功能材料，具有低密度、减振降噪、隔热吸声以及辐射屏蔽等多种良好的特性，在综合性能上较传统泡沫材料有很大提高，且可通过对该材料进行结构、成分设计，实现该功能材料的性能设计。采用先进的选取激光融化增材制造技术制造个性化设计的金属粉腔圆球结构材料，实现功能材料对结构、性能、成分精准调控，达到真正意义上的设计制造一体化，进而开发金属粉腔圆球结构功能材料与复杂结构构件。

技术领域

本发明涉及一种功能材料及其制备方法技术领域，具体为一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法。

背景技术

由于多孔金属材料具有轻量化、、阻尼特性、抗冲击特性、降噪、隔热等诸多优点和特殊新能，广泛应用于航空航天、舰船、军事等领域。当今主流的多孔金属材料为金属泡沫和蜂窝材料，但是随着工程应用对多孔金属材料的要求越来越高，这些主流的多孔金属材料的缺点也逐渐暴露。如金属泡沫材料发泡过程不可控，导致其具有孔隙大小不一致和分布不均匀、以及开孔和闭孔混杂，导致其设计及结构的性能不均匀和不可控；蜂窝材料的各向异性的严重差异，导致其在高度方向和横纵方向较大；金属空心球复合材料相较于其他材料具有更优异的性能，但是准确控制空心球在基体中的三维空间分布较为困难。因此，工程领域对多功能减振降噪、隔热和吸能防护材料的实际应用需求极为迫切，发展结构和功能可控的功能材料已成为结构-功能一体化材料的研究热点。

金属粉腔圆球结构材料，在交变应力作用下，发生振动，造成内部的应力应变不均匀，引起圆球发生膨胀(缩小)和扭曲，产生膨胀能和畸变能。同时，圆球内部粉末也会产生运动和摩擦，产生机械能和内能，使能量损失，表现出较好的阻尼特性和抗冲击特性。而且圆球内介质(金属粉末)在声波作用下，产生振动引起声波射向圆球表面，产生漫射而干涉消音。圆球内部的金属粉末在高频电磁波作用下产生感应电势而形成感应涡流，与原磁场反向的涡流磁场相抵消，起到电磁屏蔽效果。可实现功能材料低密度、高强度、阻尼特性、抗冲击特性、热学性能、隔音降噪、电磁波屏蔽等多种优异性能于一体，在工程应用领域具有广阔的应用前景。

目前传统功能材料和结构件的设计和制备技术，在成分和结构控制上存在较大难度，无法按照要求进行精准设计，其力学性能、声学性能、隔热性能、屏蔽性能、吸能特性也难以按照功能目标进行精准设计调控，从而满足多因素耦合、以及按照一定的规律分布的设计要求。选取激光融化(SLM)增材技术是目前最为成熟的增材制造技术，具有加工精度高、力学性能好，可加工复杂结构零部件且致密度高，可以定制化等诸多优点，并且其通过一层层铺粉后，激光按扫描路径，进行选取激光融化，设计的圆球空腔直接将粉末封在腔体内部形成粉腔圆球，因为这些特性，让经过设计后的复杂金属粉腔圆球结构和成分精确制造成为可能，因此SLM成形制造技术为开发金属粉腔圆球结构设计的制造提供了可能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属粉腔圆球结构设计及其增材制造方法，具备实现功能材料对结构、性能、成分精准调控，达到真正意义上的设计制造一体化等优点，解决了成分和结构控制上存在较大难度，无法按照要求进行精准设计的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：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、金属基板、计算机和激光器，所述金属粉腔圆球按照一定空间排列方式规则排列，所述激光器可发射的激光束，所述激光束可通过扫描振镜射入聚焦透镜，所述聚焦透镜所折射的激光束通过激光窗口落入铺粉层的表面，所述激光束可对所述铺粉层表面的金属粉末选取激光融化，所述铺粉层的上方设置有刮刀，所述金属粉末可进入送粉仓，所述送粉仓的一侧设置有成型仓，所述成型仓的右侧设置有回收仓。

优选的，所述金属粉腔圆球按照一定空间排列方式规则排在金属结构中。