CN112008081A - 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法 - Google Patents

一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112008081A
CN112008081A CN202011127736.7A CN202011127736A CN112008081A CN 112008081 A CN112008081 A CN 112008081A CN 202011127736 A CN202011127736 A CN 202011127736A CN 112008081 A CN112008081 A CN 112008081A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
kelvin structure
melting
lattice metal
kelvin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011127736.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112008081B (zh
Inventor
于波
魏彦鹏
高鹏
时坚
成京昌
刘世昌
王景成
苗治全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Research Institute of Foundry Co Ltd
Original Assignee
Shenyang Research Institute of Foundry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Research Institute of Foundry Co Ltd filed Critical Shenyang Research Institute of Foundry Co Ltd
Priority to CN202011127736.7A priority Critical patent/CN112008081B/zh
Publication of CN112008081A publication Critical patent/CN112008081A/zh
Priority to PCT/CN2021/000025 priority patent/WO2021227539A1/zh
Priority to EP21803540.0A priority patent/EP4234128A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN112008081B publication Critical patent/CN112008081B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1103—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics
    • B22F3/1115—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics comprising complex forms, e.g. honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，属于点阵金属的增材制造技术领域。本方法基于选区激光熔化技术，对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型，进行切片离散化处理并逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属。Kelvin结构点阵金属为由基本单元拓展而成的三维立体结构，Kelvin结构点阵金属单元的棱柱为实体，棱柱之外的其余部分均为虚体，相邻两个Kelvin结构点阵金属单元之间共用一个棱柱。通过Kelvin结构点阵金属几何参数设计、几何参数边界设定以及选区激光熔化工艺参数的精准调控，实现了精细结构的高熔点Kelvin结构点阵金属的制备。

Description

一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备 方法
技术领域
本发明属于点阵金属的增材制造技术领域，具体涉及一种轻量化、耐高温Kelvin结构点阵金属的选区激光增材制造方法。
背景技术
点阵金属作为多孔材料的一种，因具有周期有序的结构而得名。点阵金属具有质量轻、比强度大、比刚度高的结构特点以及减振降噪、缓冲吸能等功能特性，受到国际学术界的广泛关注，被认为是最具潜力的新一代轻量化材料之一，广泛应用于航空航天、船舶等领域，具有广阔的应用前景。
现有技术中制备点阵金属的方法主要有熔模铸造法、冲压成型法、金属丝编织法等。其中，冲压成型法和金属丝编织法对基体材料的延展性有很高的要求，材料的可选范围较窄，且制备的点阵金属孔型结构受限。熔模铸造法可制备复杂孔型结构的点阵金属，但一方面其制备流程长，工艺复杂；另一方面，由于铸造工艺的限制，熔模铸造法制备的点阵金属孔径较粗，无法制备精细结构的点阵金属。
增材制造技术从基于工艺约束的设计向基于功能驱动的设计转变，可实现结构功能一体化的设计与制备。其中，选区激光熔化法利用逐层叠加原理来制备复杂结构，加工精度高，流程简单，尤其可以制备孔径细小、孔型结构复杂的点阵金属，在制备点阵金属方面，具有得天独厚的优势。但是，目前采用选区激光熔化法制备点阵金属的孔型结构普遍为简单立方结构、四面体结构、八面体结构、金字塔结构及Kagome结构等，现有的研究结果表明，上述孔型结构拓展而成的三维点阵金属的力学性能均为各向异性，使得点阵金属适应复杂受力工况的能力不足，极大地限制了点阵金属在航空航天、船舶等领域的推广应用。
以上分析可以看出，传统制备方法在基体材料选择、孔型结构等方面具有诸多限制，熔模铸造法流程复杂、孔径较粗。同时，目前点阵金属中普遍采用的孔型结构使得点阵金属均具有各向异性的特点而限制了点阵金属的应用和推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于选区激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，本发明的目的之一采用选区激光熔化的方法来制备点阵金属，克服熔模铸造法流程复杂、孔棱直径较粗等方面的缺点。本发明的另一目的是解决目前点阵金属所采用的孔型结构普遍具有的各向异性的特点导致应用工况受限、适应性不足的问题，引入Kelvin结构单元对点阵金属进行孔型结构设计，提出了空间各向同性Kelvin结构点阵金属的激光增材制造工艺，拓宽点阵金属应用的广度和深度。本发明制备的高熔点Kelvin结构点阵金属具有光滑的应力-应变曲线，且具有明显塑性屈服平台，在空间的三个方向具有各向同性的力学性能。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，该方法基于选区激光熔化技术，具体步骤如下：
步骤一、基于选区激光熔化工艺，对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型；
步骤二、对步骤一中所建立的Kelvin结构点阵金属三维模型进行切片化处理，将切片的截面数据作为激光扫描路径导入选区激光熔化设备，并设置相应的打印参数；
步骤三、将金属粉末加入到选区激光熔化设备中，利用步骤二中的激光扫描路径和打印参数，在氩气保护气氛下，对Kelvin结构点阵金属进行逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属；所述Kelvin结构点阵金属为由基本单元拓展而成的三维立体Kelvin结构，所述三维立体Kelvin结构的材质为高熔点金属材料；所述基本单元为以棱柱结构为主体的Kelvin结构点阵金属单元，所述Kelvin结构点阵金属单元的棱柱为实体，所述Kelvin结构点阵金属单元除棱柱之外的其余部分均为虚体，相邻两个Kelvin结构点阵金属单元之间共用一个棱柱；
步骤四、对步骤三中所获得的Kelvin结构点阵金属进行热处理得到高熔点Kelvin结构点阵金属。
所述步骤二中打印参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉的单层层厚和光斑直径。
所述高熔点Kelvin结构点阵金属的孔隙率为43%~93%；所述高熔点Kelvin结构点阵金属的棱柱直径为0.3~3mm，长径比为1.1~3.3。
所述激光功率为50W~260W，所述扫描速度为200 mm/s~1100mm/s，所述的扫描间距为0.09mm~0.12mm，所述铺粉的单层层厚为30~50um，所述的光斑直径为0.1mm。
所述步骤三中金属粉末的粒径为15~53um，金属粉末的氧含量 ≤400ppm。
所述高熔点金属材料为316L不锈钢，热处理具体为固溶处理，温度为1080℃。
所述高熔点金属材料为GH4169高温合金，热处理工艺为温度设置为960℃，保温时间为1h，水冷；然后温度设置为720℃，保温时间为8h，之后以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃，保温时间为8h，空冷。
所述的基于选区激光熔化技术对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的适应性设计，是将十四面体的Kelvin结构，设计成以棱柱结构为主体的Kelvin结构点阵金属单元，采用三维设计软件对Kelvin结构点阵金属进行参数化建模，通过调整孔棱长径比，确定适用选区激光熔化工艺的孔型结构设计参数范围，实现高熔点Kelvin结构点阵金属孔隙率的有效调控。
本发明的有益效果：
1.本发明采用选区激光熔化的方法制备高熔点Kelvin结构点阵金属，突破了现有技术中材料可选范围窄、孔型结构单一的限制，实现了孔型结构、孔径大小、孔隙率等更大范围点阵金属的制备。尤其是突破了熔模铸造法制备复杂点阵金属时孔径范围的限制，实现更加精细孔径点阵金属的制备。
2.本发明采用选区激光熔化方法制备的高熔点Kelvin结构点阵金属，克服了现有技术中点阵金属普遍具有的各向异性力学性能的缺陷，实现了具有各向同性力学性能点阵金属的制备，有效地拓宽了点阵金属在航空航天、船舶等领域应用的广度和深度。
3.本发明制备的高熔点Kelvin结构点阵金属，不仅适用于受力复杂的工况，同时具有耐高温的突出特性，是一种结构功能一体化的轻量化部件，尤其适用于航空航天等领域结构功能一体化热防护部件等设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为Kelvin结构点阵金属单元设计模型示意图。
图2为高熔点Kelvin结构点阵金属三维结构设计模型示意图。
图3为基于选区激光熔化法制备的高熔点Kelvin结构点阵金属样品图。
图4为316L不锈钢为基体的Kelvin结构点阵金属空间三个方向的压缩应力-应变曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的制备方法进行详细描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例是设计与制备以孔隙率为43%的以316L不锈钢为基体的高熔点Kelvin结构点阵金属；
如图1所示，为Kelvin结构点阵金属单元设计模型，所述Kelvin结构点阵金属单元是采用三维设计软件进行选区激光熔化工艺适应性设计，其棱柱直径为0.3mm，棱柱长度为0.33mm，棱柱长径比为1.1，Kelvin结构点阵金属三维设计模型，如图2所示，所述高熔点Kelvin结构点阵金属设计模型的外轮廓尺寸为6.5×3.7×3.7 mm，孔隙率为43%。
采用选区激光熔化工艺制备316L不锈钢为基体的Kelvin结构点阵金属，包括以下步骤：
步骤一、基于选区激光熔化的工艺特点，采用三维设计软件对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型。
步骤二、采用切片软件对步骤一中所建立的Kelvin结构点阵金属的三维模型进行切片化处理，获取Kelvin结构点阵金属各层切片的截面数据，将其作为激光的扫描路径导入选区激光熔化设备，并设置相应的打印参数。所述的打印参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉的单层层厚、光斑直径等。
所述的激光功率为50W，所述的扫描速度为1100mm/s，所述的扫描间距为0.12mm，所述的单层层厚为50 um，所述的光斑直径为0.1mm。
步骤三、将金属粉末加入到选区激光熔化设备中，利用步骤一中的激光扫描路径，步骤二中设定的打印参数，在氩气保护气氛下对Kelvin结构点阵金属进行逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属。
所述的金属粉末为316L不锈钢金属粉末，其粒径为15~53um，氧含量≤400ppm。
步骤四、对步骤三中所获得的Kelvin结构点阵金属进行固溶处理。固溶处理温度为1080℃。
本发明制备的高熔点Kelvin结构点阵金属具有光滑的应力-应变曲线，且具有明显塑性屈服平台，在空间的三个方向具有各向同性的力学性能。如图4所示。
实施例2
本实施例是设计与制备孔隙率为71%的以316L不锈钢为基体的高熔点Kelvin结构点阵金属；
如图1所示，为Kelvin结构点阵金属单元设计模型，所述Kelvin结构点阵金属单元是采用三维设计软件进行选区激光熔化工艺适应性设计，其棱柱直径为0.8mm，棱柱长度为1.2mm，棱柱长径比为1.5，Kelvin结构点阵金属三维设计模型，如图2所示，所述高熔点Kelvin结构点阵金属设计模型的外轮廓尺寸为23.8×13.6×13.6 mm，孔隙率为71%。
采用选区激光熔化工艺制备316L不锈钢为基体的Kelvin结构点阵金属，包括以下步骤：
步骤一、基于选区激光熔化的工艺特点，采用三维设计软件对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型。
步骤二、采用切片软件对步骤一中所建立的Kelvin结构点阵金属的三维模型进行切片化处理，获取Kelvin结构点阵金属各层切片的截面数据，将其作为激光的扫描路径导入选区激光熔化设备，并设置相应的打印参数。所述的打印参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉的单层层厚、光斑直径等。
所述的激光功率为80W，所述的扫描速度为900mm/s，所述的扫描间距为0.10mm，所述的单层层厚为40 um，所述的光斑直径为0.1mm。
步骤三、将金属粉末加入到选区激光熔化设备中，利用步骤一中的激光扫描路径，步骤二中设定的打印参数，在氩气保护气氛下对Kelvin结构点阵金属进行逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属。
所述的金属粉末为316L不锈钢金属粉末，其粒径为15~53um，氧含量≤400ppm。
步骤四、对步骤三中所获得的Kelvin结构点阵金属进行热处理，固溶处理温度为1080℃。
实施例3
本实施例是设计与制备以孔隙率为82%的GH4169高温合金为基体的高熔点Kelvin结构点阵金属；
如图1所示，为Kelvin结构点阵金属单元设计模型，所述Kelvin结构点阵金属单元是采用三维设计软件进行选区激光熔化工艺适应性设计，其棱柱直径为1.2mm，棱柱长度为2.4mm，棱柱长径比为2.0，Kelvin结构点阵金属三维设计模型，如图2所示，所述高熔点Kelvin结构点阵金属设计模型的外轮廓尺寸为47.5×27.1×27.1 mm，孔隙率为82%。
采用选区激光熔化工艺制备GH4169高温合金为基体的Kelvin结构点阵金属，包括以下步骤：
步骤一、基于选区激光熔化的工艺特点，采用三维设计软件对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型。
步骤二、采用切片软件对步骤一中所建立的Kelvin结构点阵金属的三维模型进行切片化处理，获取Kelvin结构点阵金属各层切片的截面数据，将其作为激光的扫描路径导入选区激光熔化设备，并设置相应的打印参数。所述的打印参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉的单层层厚、光斑直径等。
所述的激光功率为260W，所述的扫描速度为200 mm/s，所述的扫描间距为0.09mm，所述的单层层厚为30 um，所述的光斑直径为0.1mm。
步骤三、将金属粉末加入到选区激光熔化设备中，利用步骤一中的激光扫描路径，步骤二中设定的打印参数，在氩气保护气氛下对Kelvin结构点阵金属进行逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属。
所述的金属粉末为GH4169高温合金金属粉末，其粒径为15~53um，氧含量≤400ppm。
步骤四、对步骤三中所获得的GH4169高温合金Kelvin结构点阵金属进行热处理，其热处理工艺为温度设置为960℃，保温时间为1h，水冷；之后温度设置为720℃，保温时间为8h，以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃，保温时间为8h，空冷。
实施例4
本实施例是设计与制备以孔隙率为93%的GH4169高温合金为基体的高熔点Kelvin结构点阵金属；
如图1所示，为Kelvin结构点阵金属单元设计模型，所述Kelvin结构点阵金属单元是采用三维设计软件进行选区激光熔化工艺适应性设计，其棱柱直径为3mm，棱柱长度为9.9mm，棱柱长径比为3.3，Kelvin结构点阵金属三维设计模型，如图2所示，所述高熔点Kelvin结构点阵金属设计模型的外轮廓尺寸为196.0×112.0×112.0 mm，孔隙率为93%。
采用选区激光熔化工艺制备GH4169高温合金为基体的Kelvin结构点阵金属，包括以下步骤：
步骤一、基于选区激光熔化的工艺特点，采用三维设计软件对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型。
步骤二、采用切片软件对步骤一中所建立的Kelvin结构点阵金属的三维模型进行切片化处理，获取Kelvin结构点阵金属各层切片的截面数据，将其作为激光的扫描路径导入选区激光熔化设备，并设置相应的打印参数。所述的打印参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉的单层层厚、光斑直径等。
所述的激光功率为150W，所述的扫描速度为350mm/s，所述的扫描间距为0.10mm，所述的单层层厚为40 um，所述的光斑直径为0.1mm。
步骤三、将金属粉末加入到选区激光熔化设备中，利用步骤一中的激光扫描路径，步骤二中设定的打印参数，在氩气保护气氛下对Kelvin结构点阵金属进行逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属。
所述的金属粉末为GH4169高温合金金属粉末，其粒径为15~53 um，含氧量 ≤400ppm。
步骤四、对步骤三中所获得的GH4169高温合金Kelvin结构点阵金属进行热处理，其热处理工艺为温度设置为960℃，保温时间为1h，水冷；之后温度设置为720℃，保温时间为8h，以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃，保温时间为8h，空冷。

Claims (7)

1.一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于：该方法基于选区激光熔化技术，具体步骤如下：
步骤一、基于选区激光熔化工艺，对Kelvin结构点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，建立Kelvin结构点阵金属的三维模型；
步骤二、对步骤一中所建立的Kelvin结构点阵金属三维模型进行切片化处理，将切片的截面数据作为激光扫描路径导入选区激光熔化设备，并设置相应的打印参数；
步骤三、将金属粉末加入到选区激光熔化设备中，利用步骤二中的激光扫描路径和打印参数，在氩气保护气氛下，对Kelvin结构点阵金属进行逐层选区激光打印，得到Kelvin结构点阵金属；所述Kelvin结构点阵金属为由基本单元拓展而成的三维立体Kelvin结构，所述三维立体Kelvin结构的材质为高熔点金属材料；所述基本单元为以棱柱结构为主体的Kelvin结构点阵金属单元，所述Kelvin结构点阵金属单元的棱柱为实体，所述Kelvin结构点阵金属单元除棱柱之外的其余部分均为虚体，相邻两个Kelvin结构点阵金属单元之间共用一个棱柱；
步骤四、对步骤三中所获得的Kelvin结构点阵金属进行热处理得到高熔点Kelvin结构点阵金属。
2.根据权利要求1所述的基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于：所述步骤二中打印参数包括激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉的单层层厚和光斑直径。
3.根据权利要求1所述的基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于，所述高熔点Kelvin结构点阵金属的孔隙率为43%~93%；所述高熔点Kelvin结构点阵金属的棱柱直径为0.3~3mm，长径比为1.1~3.3。
4.根据权利要求2所述的基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于，所述激光功率为50W~260W，所述扫描速度为200 mm/s~1100mm/s，所述的扫描间距为0.09mm~0.12mm，所述铺粉的单层层厚为30~50um，所述的光斑直径为0.1mm。
5.根据权利要求1所述的基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于，所述步骤三中金属粉末的粒径为15~53 um ，金属粉末的氧含量≤400ppm。
6.根据权利要求1所述的基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于，所述高熔点金属材料为316L不锈钢，热处理具体为固溶处理，温度为1080℃。
7.根据权利要求1所述的基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法，其特征在于，所述高熔点金属材料为GH4169高温合金，热处理工艺为温度设置为960℃，保温时间为1h，水冷；然后温度设置为720℃，保温时间为8h，之后以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃，保温时间为8h，空冷。
CN202011127736.7A 2020-10-21 2020-10-21 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法 Active CN112008081B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011127736.7A CN112008081B (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法
PCT/CN2021/000025 WO2021227539A1 (zh) 2020-10-21 2021-02-03 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法
EP21803540.0A EP4234128A1 (en) 2020-10-21 2021-02-03 Laser additive manufacturing-based preparation method for high melting point kelvin structure lattice metal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011127736.7A CN112008081B (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112008081A true CN112008081A (zh) 2020-12-01
CN112008081B CN112008081B (zh) 2021-02-19

Family

ID=73527902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011127736.7A Active CN112008081B (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4234128A1 (zh)
CN (1) CN112008081B (zh)
WO (1) WO2021227539A1 (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112676577A (zh) * 2020-12-25 2021-04-20 中北大学 一种镍基合金复层材料的点阵结构及其制备方法
CN112743087A (zh) * 2020-12-28 2021-05-04 北京航星机器制造有限公司 一种ta15钛合金点阵结构、点阵夹层结构及制造方法
CN112974804A (zh) * 2021-02-09 2021-06-18 广东省科学院新材料研究所 一种结构可控的多孔材料增材制造方法
WO2021227539A1 (zh) * 2020-10-21 2021-11-18 沈阳铸造研究所有限公司 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法
CN114087520A (zh) * 2021-11-17 2022-02-25 盐城辉途科技有限公司 一种变尺寸四面体单元点阵结构及其制备方法
CN115026289A (zh) * 2022-07-20 2022-09-09 华侨大学 一种基于3d打印的金刚石多孔研磨块的制造方法及应用
CN115351297A (zh) * 2022-09-30 2022-11-18 南京工业大学 一种选区激光熔化制备单晶316l奥氏体不锈钢的工艺
CN115870516A (zh) * 2023-02-22 2023-03-31 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司 一种基于增材制造的三维点阵超结构及其应用
CN116021036A (zh) * 2023-03-24 2023-04-28 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司 一种基于4d打印的智能温控点阵结构及其应用
WO2023066408A3 (zh) * 2022-10-19 2023-06-15 沈阳铸造研究所有限公司 一种具有减振特性的变密度点阵金属及其增材制造方法
WO2023078476A3 (zh) * 2023-01-03 2023-11-09 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司 一种高阻尼变刚度点阵复合结构减振器及其制备方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114082980B (zh) * 2021-11-23 2023-10-31 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种3d打印铝合金薄壁零件工艺方法
CN114799215A (zh) * 2022-01-19 2022-07-29 航发优材(镇江)增材制造有限公司 一种环形薄壁零件激光选区熔化成形变形控制方法
CN114682776A (zh) * 2022-03-30 2022-07-01 西安航天发动机有限公司 一种杆状点阵换热器成形方法
CN114799207B (zh) * 2022-03-31 2024-04-12 西安航天发动机有限公司 一种金属发汗材料复杂预制件的成形方法
CN114653967B (zh) * 2022-04-05 2023-02-07 吉林大学 一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法
CN114888305B (zh) * 2022-05-17 2024-02-02 合肥中科重明科技有限公司 一种铜合金激光选区熔化成形的方法
CN115365502B (zh) * 2022-08-08 2023-12-29 中国地质大学（武汉） 一种用于立体花丝的激光增材制造方法
CN115351298B (zh) * 2022-10-21 2023-01-03 沈阳铸造研究所有限公司 一种基于增材制造的近零膨胀点阵金属及制备方法与应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0365166B1 (en) * 1988-10-02 1994-02-23 Canon Kabushiki Kaisha Crystal article and method for forming same
KR101816706B1 (ko) * 2010-03-17 2018-02-21 삼성전자주식회사 다공성 산화물 촉매 및 그의 제조방법
CN104646669A (zh) * 2013-11-25 2015-05-27 广州中国科学院先进技术研究所 生物医用多孔纯钛植入材料及其制备方法
CN104715091B (zh) * 2013-12-16 2018-05-22 华中科技大学 一种铝合金周期性点阵多孔结构的快速成形制造方法
CN108038293A (zh) * 2017-12-06 2018-05-15 首都航天机械公司 一种轻质多功能点阵结构及其激光增材制造方法
CN111451505A (zh) * 2020-05-15 2020-07-28 中国航发北京航空材料研究院 一种金属点阵结构变密度梯度材料的激光选区熔化制备工艺
CN112008081B (zh) * 2020-10-21 2021-02-19 沈阳铸造研究所有限公司 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021227539A1 (zh) * 2020-10-21 2021-11-18 沈阳铸造研究所有限公司 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法
CN112676577B (zh) * 2020-12-25 2022-06-07 中北大学 一种镍基合金复层材料的点阵结构
CN112676577A (zh) * 2020-12-25 2021-04-20 中北大学 一种镍基合金复层材料的点阵结构及其制备方法
CN112743087A (zh) * 2020-12-28 2021-05-04 北京航星机器制造有限公司 一种ta15钛合金点阵结构、点阵夹层结构及制造方法
CN112974804A (zh) * 2021-02-09 2021-06-18 广东省科学院新材料研究所 一种结构可控的多孔材料增材制造方法
CN114087520B (zh) * 2021-11-17 2024-03-08 盐城辉途科技有限公司 一种变尺寸四面体单元点阵结构及其制备方法
CN114087520A (zh) * 2021-11-17 2022-02-25 盐城辉途科技有限公司 一种变尺寸四面体单元点阵结构及其制备方法
CN115026289A (zh) * 2022-07-20 2022-09-09 华侨大学 一种基于3d打印的金刚石多孔研磨块的制造方法及应用
US20240024952A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-25 Huaqiao University Manufacturing method of diamond porous grinding block based on 3d printing and application thereof
CN115351297A (zh) * 2022-09-30 2022-11-18 南京工业大学 一种选区激光熔化制备单晶316l奥氏体不锈钢的工艺
WO2023066408A3 (zh) * 2022-10-19 2023-06-15 沈阳铸造研究所有限公司 一种具有减振特性的变密度点阵金属及其增材制造方法
WO2023078476A3 (zh) * 2023-01-03 2023-11-09 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司 一种高阻尼变刚度点阵复合结构减振器及其制备方法
CN115870516A (zh) * 2023-02-22 2023-03-31 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司 一种基于增材制造的三维点阵超结构及其应用
CN116021036A (zh) * 2023-03-24 2023-04-28 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司 一种基于4d打印的智能温控点阵结构及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021227539A1 (zh) 2021-11-18
CN112008081B (zh) 2021-02-19
EP4234128A1 (en) 2023-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112008081B (zh) 一种基于激光增材制造高熔点Kelvin结构点阵金属的制备方法
Lavery et al. Effects of hot isostatic pressing on the elastic modulus and tensile properties of 316L parts made by powder bed laser fusion
Azarniya et al. Additive manufacturing of Ti–6Al–4V parts through laser metal deposition (LMD): Process, microstructure, and mechanical properties
Gong et al. Research status of laser additive manufacturing for metal: a review
Aboulkhair et al. Selective laser melting of aluminum alloys
Liu et al. A study on the residual stress during selective laser melting (SLM) of metallic powder
CN108555295B (zh) 一种高熵合金构件的激光立体成形方法
Song et al. Process parameter selection for selective laser melting of Ti6Al4V based on temperature distribution simulation and experimental sintering
Di et al. Study on energy input and its influences on single-track, multi-track, and multi-layer in SLM
CN109530694B (zh) 一种tc4钛合金多通道阀体激光选区熔化成形方法
CN111872388B (zh) 一种基于激光选区熔化技术制备高熵合金的方法
CN103949646B (zh) 一种Nb-Si基超高温合金涡轮叶片的制备方法
CN109396434A (zh) 一种基于选区激光熔化技术制备钛合金零件的方法
Yadroitsava et al. Residual stress in metal specimens produced by direct metal laser sintering
CN103074532A (zh) 一种激光快速成形制备固溶增韧钨基复合材料的方法
CN109877323B (zh) 金属微滴打印成型低孔隙率多枝状散热结构的方法
CN109550952B (zh) 一种基于定制支撑结构的金属3d打印零部件的方法
CN115958203B (zh) 一种具有减振特性的变密度点阵金属
Pinkerton et al. Thermal and microstructural aspects of the laser direct metal deposition of waspaloy
Wu et al. Additive manufacturing of bulk metallic glass: Principles, materials and prospects
WO2024021218A1 (zh) 钽钨合金制品及其制备方法
Gong et al. Microstructures of Inconel 718 by selective laser melting
WEN et al. Finite element simulation of the temperature field and residual stress in GH536 superalloy treated by selective laser melting
CN113061779B (zh) 一种基于电子束选区熔化的纳米颗粒增强钛基复合材料的增材制造方法
CN114653967B (zh) 一种金属玻璃晶格结构复合材料零件的增材制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant