[发明专利]基于电子束选区熔化技术的三维点阵材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种基于电子束选区熔化技术的三维点阵材料，包括一个由多个基本单元叠加而成的三维立体结构，所述基本单元由多个等腰三角形组成，多个所述等腰三角形的顶端相重合，所述等腰三角形的腰为实心杆体，所述等腰三角形的其余部分均为虚体，相邻两个等腰三角形之间均有一个腰重合；所述三维立体结构的材质为纯钛或钛合金。本发明还提供了一种制备该点阵材料的方法。本发明所提供的三维点阵材料主要由多个基本单元叠加而成，经过电子束选区熔化成型、真空退火、化学腐蚀等处理后，具备了稳定的压缩性能，并且其压缩曲线呈明显的塑性屈服平台状，为结构设计者提供了稳定可靠的计算依据。

主权项

1.一种基于电子束选区熔化技术的三维点阵材料，包括一个由多个基本单元叠加而成的三维立体结构，所述三维立体结构的材质为纯钛或钛合金，其特征在于，所述基本单元由多个等腰三角形组成，多个所述等腰三角形的顶端相重合，所述等腰三角形的腰为实心杆体，所述等腰三角形的其余部分均为虚体，相邻两个等腰三角形之间均有一个腰重合，所述实心杆体与电子束选区熔化沉积面之间的夹角θ为30°～45°；所述三维点阵材料的压缩变形量为50％～90％，压缩应力‑应变曲线有塑性屈服平台，所述三维点阵材料的制备方法包括以下步骤：步骤一、利用三维建模软件建立三维点阵材料的三维实体模型；所述三维建模软件为Pro/Engineer软件、Solidworks软件或Unigraphic软件；步骤二、利用切层软件对步骤一中所建立的三维点阵材料的三维实体模型进行切片离散化处理，得到各层切片的截面数据，然后将各层切片的截面数据作为电子束扫描路径导入电子束快速成型机中，之后在电子束快速成型机上设定加工参数，所述加工参数包括金属粉末层厚、电子束扫描速率和电子束扫描电流；所述切层软件为AutoFab软件、NetFabb软件或Magics软件；步骤三、将金属粉末加入到步骤二中设定加工参数后的电子束快速成型机中，抽真空至真空度不大于3×10^‑1Pa后充入惰性气体，然后采用电子束对电子束快速成型机中的底板进行预热直至底板的温度为600℃～1100℃；步骤四、将金属粉末平铺在步骤三中预热后的底板上，然后采用电子束对平铺在底板上的金属粉末进行预热；步骤五、采用电子束按照步骤二中所述电子束扫描路径对步骤四中预热后的金属粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；步骤六、重复步骤四中平铺金属粉末并进行预热的加工工艺以及步骤五中对预热后的金属粉末进行选区熔化扫描形成单层实体片层的加工工艺，直至各层实体片层均制备完成，得到点阵材料坯体；步骤七、对步骤六中所述点阵材料坯体进行真空退火处理，所述真空退火处理的工艺为：退火温度为950℃～1200℃，升温速率为5℃/min～20℃/min，保温时间为1.5h～6h；步骤八、对步骤七中真空退火处理后的点阵材料坯体进行化学腐蚀处理，清洗干净后得到三维点阵材料；所述化学腐蚀处理过程中所采用的化学腐蚀液为氢氟酸‑硝酸混合酸液，该混合酸液由质量百分比浓度为40％的氢氟酸、质量百分比浓度为68％的硝酸和去离子水按体积比1∶3∶(10～50)混合均匀而成，所述化学腐蚀处理的时间为30min～300min，所述化学腐蚀处理的温度为15℃～25℃。