CN112756626A - 一种基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料制造技术领域，具体的，涉及一种基于增材制造的复合材料增强相形态与分布的控制方法。首先在计算机中生成待制备零件的三维数学模型，利用切片模型将三维数学模型分层切片处理，最终通过激光沉积增材制造工艺，完成零件的逐层叠加制造。因此在制备复合材料零件时，可对每一切片层的增强相按需求进行基体与增强相含量(即成分)、形态、分布的设计，进而从平面推广到空间，实现增强相形态与分布高度定制化的复合材料零件的制造。本发明提供一种复合材料，特别是金属基复合材料，增强相形态和分布的控制方法，基于激光沉积增材制造层层叠加的制造工艺特点，实现从二维到三维、平面到空间的增强相分布高度定制化，即“所想即所得”，可设计的微观结构为开发具有真正多功能性能的材料提供了可能性。

Description

一种基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法

技术领域

本发明涉及复合材料制造技术领域，具体的，涉及一种基于增材制造的复合材料增强相形态与分布的控制方法。

背景技术

金属基复合材料(Metal Matrix Composites,MMCs)是指采用相应的制备工艺，将不同种类、不同形态的陶瓷、非金属增强相分布在金属基体中而获得的复合材料，按所用金属基体及增强体的不同，使用温度在300～1200℃。它的性能可兼具金属基体与增强相的优点，具有高的比强度和比刚度、耐高温、耐磨损、横向性能及层间剪切强度高，并具有高的热稳定性和体积稳定性，在航空航天、医学医疗、汽车制造等领域得到广泛应用。

金属基复合材料按使用特点可分为结构复合材料(强度、模量等为主)和功能复合材料(耐磨、导热、阻尼、屏蔽等)；也可按增强体的类别来分类，如连续纤维增强金属基复合材料和非连续增强金属基复合材料(包括颗粒、晶须和短切纤维等)；按金属基体的不同则可分为铝基、镁基、铜基、锌基、钛基、铁基、高温合金基、金属间化合物基及难熔金属基复合材料等，有时把金属迭层材料也纳入此范畴。

制造金属基复合材料的方法很多，在制造过程中合金基体可以是液相，也可以是固体粉末；增强体可以直接外加引入，也可以在基体中原位合成。下面将按照增强相的引入方式来分类介绍金属基复合材料的制备方法。

1.第二相外加法：常见的第二相外加法包括粉末冶金法、铸造凝固成型法和喷射成型法。粉末冶金法制备复合材料是指将金属基体与增强体粉末混合均匀后压制成型，在低于金属液相线温度下进行烧结，利用原子扩散使金属基体与增强体粉末结合在一起的制备复合材料的方法。受温度、压力及二次加工工艺和设备的限制，不宜作过大或形状复杂的零件，且其制备材料的成本约为基体合金的4～10倍。铸造凝固成型法常用的包含搅拌铸造法和挤压铸造法。搅拌铸造法是通过机械搅拌的方法使处于熔融状态的金属基体与增强相混合，来制取复合材料。挤压铸造是一种利用高压作用，使液态金属或半固态金属充型凝固的精确铸造方法，将增强相预成型、加热后浇入金属液或熔体，将模具压下后加压，冷却得到金属基复合材料制件。但该方法通常存在如下缺点，增强体体积分数V_f有限(一般不超过20％)，颗粒一般不可能小于10μm，有界面反应的可能性，增强体分布难达到均匀化，且易产生气孔。喷射成型法是利用稀有气体将熔融金属雾化进行喷射，与另一端由稀有气体输送的增强相混合，在水冷衬底平台沉积，形成复合材料制件。该凝固过程受金属熔体雾化情况和沉积凝固条件影响较大，不易控制凝固过程。

2.原位反应自生法：可以分为气-固反应法、固-液反应法、固-固反应法。气-固合成技术是由Koczak等发明的技术，其原理是，将含碳或含氮的惰性气体通入高温金属熔体中，利用气体分解生成的碳或氮与合金中的Ti发生快速化学反应，原位生成TiC或TiN颗粒。该方法增强相种类十分有限，体积分数也不够高，某些增强相还易产生偏析。固-液反应法一般是将反应物粉末与金属熔体混合,使加入粉末与金属熔体成分反应或自行分解，生成难熔的高硬度颗粒，均匀分散在基体中，形成金属基复合材料，但在制备过程中易形成气孔，同时还会出现细微颗粒团聚现象。固-固反应法即基于原位反应自生技术结合粉末冶金制备复合材料的方法，包括反应热压法、放电等离子烧结法、机械合金化法、自蔓延高温合成法，但是通过该方法制备的金属基复合材料的致密化问题在一定程度上制约着它更为广泛的应用。

金属基复合材料的性能表现本质是由其微观结构决定的，可分为以下两种类别：微观结构均匀，微观结构不均匀。微观结构均匀，增强相弥散分布于基体中，如传统颗粒增强的MMCs，表现出各向同性的特性，如图1，插图是Gu等通过激光选区熔融成形Ti-TiC复合材料的典型SEM图，层片状TiC增强相弥散分布于钛基体中，与基体金属相比，复合材料的强度虽有提升，但延伸率大幅下降，其塑韧性指标通常难以达到常用的铸件和锻件标准。Hashin与Shtrikman通过计算(H-S理论)，指出增强相均匀分布只对应于理论弹性性能的下限，只有增强相包围在基体周围形成胶囊状结构时才能达到理论弹性性能的上限。卢柯的观点也指出，通过可控的方法改变增强相分布结构，可以进一步提高金属材料的力学性能。为了深入挖掘复合材料的性能潜力，提高复合材料的强度和塑韧性的配合，国内外许多学者有意识的通过调控增强体微观空间非均匀分布制备金属基复合材料。微观结构不均匀，增强相非均匀分布，分布形式主要包括图2所示四类(a为增强相聚集区离散分布、b为增强相聚集区连续、c为增强相聚集区以网状分布而增强相贫化区离散分布、d为增强相聚集区与贫化区均以双连通网状分布)，插图是从已发表的文献中挑选出来的金属基复合材料的真实微观结构，下面将逐一解释说明。如图2(a)，Patel和Morsi采用粉末冶金法制备TiB_w/Ti-Ti复合材料，这一工作虽然考虑到设计增强相的分布状态，但没能避免传统粉末冶金过程中的高能球磨过程，并且增强相聚集区呈离散分布被纯Ti基体包围，这种结构仍然与H-S理论下限模型对应。因此，也没有解决粉末冶金MMCs的瓶颈问题。如图2(b)，Qin S和ZhangG等通过真空加压浸渗和热挤压制备SiC_p/6061Al复合材料，采用该工艺制备的复合材料存在界面及层厚不易精确控制的问题，性能表现不稳定。如图2(c)，黄陆军等利用反应热压烧结法原位自生制备准连续网状分布TiB_w/Ti复合材料，增强相网状分布结构类似于在晶界处定向引入增强相，从而有效提高其室温与高温增强效果，但TiB_w增强相形态和分布具有一定的随机性，部分增强相相互缠绕，对于保证相邻基体颗粒之间连通及网状界面的塑性具有一定的限制。如图2(d)，Travitzky等通过将熔融Al反应渗透到多孔Al₂O₃-TiO₂预制体中，成功制备了一种新型Al₂O₃/TiAl复合材料，因每一相都是连续和互渗的，复材在断裂韧性、延展性和强度方面都有提高，但该类增强相分布设计研究较少，数据量尚不能有力支撑结论。

综合以上分析，增强相呈宏观或微观非均匀分布的金属基复合材料组织结构可以分为增强相聚集区与增强相贫化区。保证增强相聚集区连通，相当于提高增强相的连通度，可有效提高增强相的增强效果，从而提高刚度、弹性模量、强度和硬度；保证基体的接触程度可以产生较好的增韧效果，从而提高基体的主要性能，如韧性、延性和变形性。目前MMCs采用的制备方法受加工工艺、不同材料本身的性质、添加的增强相含量、制备过程的缺陷控制等影响因素，增强相形态与分布无法达到预期结果，使得复材的性能提高受限。故而，开发一种金属基复合材料增强相形态和分布的控制方法制备具有定制的增强相空间分布的优化结构，显著提高复材的性能，该工作显得极其迫切和尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种复合材料，特别是金属基复合材料增强相形态和分布的控制方法。基于激光沉积逐层增材制造的原理，实现增强相从二维到三维的高度定制化，满足不同性能需求的零件成形一体化制造。

本发明中能够控制增强相形态和分布的激光沉积增材制造技术是基于离散/堆叠的相关原理：首先在计算机中生成待制备零件的三维数学模型，利用切片模型将三维数学模型分层切片处理，最终通过激光沉积增材制造工艺，完成零件的逐层叠加制造。因此在制备复合材料零件时，可对每一切片层的增强相按需求进行基体与增强相含量(即成分)、形态、分布的设计，进而从平面推广到空间，实现增强相形态与分布按照需求控制的、高度定制化的复合材料零件的制造。

结合目前增强相均匀与非均匀分布的设计思想，本发明提出了增强相在基体中呈渐变分布、条带分布、定制化分布(特别是网状分布)的复合材料零件设计与制备过程中，平面及空间内基体与增强相含量(即成分)、形态与分布控制方法。

设A为要制备的复合材料零件的基体，复合材料零件中含有一种或几种增强相，增强相的形态与增强相材料的选择有关，可以是纤维、晶须、颗粒等。

首先介绍通过激光沉积增材制造工艺设计和制备渐变分布的复合材料零件的方法：

渐变分布即复合材料中的一种或几种增强相的含量，沿某个方向呈有规律地(例如线性规律)增大或减小的分布，为了实现这种分布，沿设计的增强相含量变化的方向，对复合材料零件进行分层切片，将复合材料零件中的渐变分布部分的切片层(假设为第n层至第n+m层切片层，m、n为正整数)的成分，设计为基体材料A中的一种或几种增强相含量随切片层序数的增大有规律地增大或减小。按照每个切片层的成分设计，分别制备符合每一切片层成分的相应粉末。在通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，第n层至第n+m层分别送入相应粉末进行制备，如果还含有其他不含渐变分布区域的切片层，可以送入相应成分的粉末按照正常的增材制造方式制备，如此逐层叠加完成渐变分布的复合材料零件的制备。渐变分布可以将增强相均匀分布与非均匀分布有机结合，最终实现了复合材料的增强相形态与渐变分布的控制。

特别的，这种渐变分布制备方式可用于两相MMCs，即只含有基体A和一种增强相B的复合材料零件，其中第n层至第n+m层切片层中B的含量随层序数增大而有规律地增大，第1层至第n-1层切片层的成分为基体A，第n+m+1层之后的切片层的成分为100％的增强相B。这种制备方式实现了A→B的过渡复合材料零件的制备。

下面介绍条带分布的复合材料零件的设计和制备方法：

所述条带分布的复合材料零件为设计上包括多种条带的复合材料零件，比如只包含基体A的条带、包含基体A和不同含量增强相的条带，不同条带中基体材料A和增强相的含量不同，进行激光沉积增材制造时每种条带分别采用符合每种条带成分的相应粉末进行制备，按照方案1或方案2设计和制备条带分布的复合材料零件：

所述方案1为：激光沉积增材制造成形是通过单道单层逐步过渡到多道多层，以此成形实体零件，因此可通过设计单层的增强相分布，然后做n层打印操作实现需要的零件结构。

在方案1中，每一切片层设计为若干种(大于等于两种)条带交错分布，制备符合每种条带成分的相应粉末；在通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，对于每一单个切片层，送入一种相应粉末进行连续单道扫描形成单个切片层中的相应条带，再送入另一种相应粉末进行连续单道扫描形成另一种条带，通过控制相应粉末的连续单道数量控制相应条带的宽度，这样即制备成了条带交错分布的切片层。进一步的，每一切片层与上一切片层之间按照设计，不进行角度偏转或偏转任意角度，例如偏转90°和180°，逐层叠加完成条带分布的复合材料零件的制造。条带分布的复合材料零件中的增强相呈微观不均匀但宏观有规律分布的组织结构，增加了不同条带间的连通度，如果将不同条带设计成某种增强相含量相对较高的增强相聚集条带和某种增强相含量相对较低的增强相贫化条带，制备出的复合材料会出现高强度与高塑性相谐。

所述方案2为：切片层设计为连续几层为同一成分，之后连续几层为另一种成分，这样循环交错，在增材制造的生长方向，即切片层叠加的方向，形成了条带分布。制备符合每一切片层成分，即符合每种条带成分的相应粉末。在通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，每一个成分的切片层采用相应粉末进行制备，按照设计逐层叠加完成条带分布的复合材料零件的制造。该方案的优势在于成形效率高、粉末利用率大，可用于零件的批量生产，包括应用广泛的轴、环一类零件的生产。

下面介绍定制化分布的复合材料零件的设计和制备方法：

所述定制化分布的复合材料零件中，包括一种或几种增强相的含量相对较高的增强相聚集区，和所述一种或几种增强相的含量相对较低的增强相贫化区(增强相贫化区的成分可以是100％基体)，增强相聚集区和增强相贫化区在每一切片层平面上或整个复合材料零件空间内可以有定制形状的分布，比如增强相聚集区呈网状，使增强相贫化区呈离散分布，如图9(左)所示，再比如增强相聚集区呈离散团状分布于增强相贫化区中，如图9(右)所示，再如增强相聚集区在零件空间内有一定的空间网状结构，如图10(右)所示。

所述定制化分布的复合材料零件的设计和制备方法为：通过定制的增强相聚集区与增强相贫化区的分布形状，设计每一切片层中增强相聚集区和增强相贫化区的形状，在激光沉积增材制造前的数据处理阶段，按照设计的每一切片层中增强相聚集区的形状，采用控制软件对每一切片层进行扫描路径规划，生成运动轨迹；分别制备符合增强相聚集区和增强相贫化区成分的相应粉末，称为聚集区粉末和贫化区粉末；在通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，对于单个切片层，先送入聚集区粉末按对应的运动轨迹进行3D打印，再用贫化区粉末填充余下部分，完成单个切片层的制备，按照设计进行逐个切片层的制备和叠加，完成定制化分布的复合材料零件的制造。

进一步的，基体材料A也可以为复合材料，以C为基体，D为增强相，即用能生成C+D复合材料的粉末，制备“复合材料中的复合材料”。

定制化分布的复合材料零件，通过增强相聚集区的合理设计，可以实现增强相和基体相的最佳接触，将最大程度的发掘复合材料的力学性能，有望成为复材强化效果和增韧效果相谐的最优组合。

上述方法中，涉及到了增材制造过程中用于制备各个切片层或条带的粉末，如符合渐变分布的复合材料零件每一切片层成分的相应粉末、符合条带分布的复合材料零件每种条带成分的相应粉末、聚集区粉末或贫化区粉末。这些粉末可以采用以下三种粉末：

(1)基体材料A与增强相直接按比例均匀混合的粉末；

(2)在激光沉积的高能激光束的作用下能够在基体材料A中原位反应生成增强相的粉末；

(3)能够基于溶解/析出机制在基体材料A中析出增强相的粉末。

如果基体中有多种增强相，针对不同的增强相，所述粉末也可以是上述三种粉末中两种或三种混合。通过直接将粉末充分混合均匀，或者合理调整原位生成或溶解析出的工艺参数，可使增强相弥散分布于基体材料A中。

本发明的有益效果：

1)本发明提供一种复合材料，特别是金属基复合材料，增强相形态和分布的控制方法，基于激光沉积增材制造层层叠加的制造工艺特点，实现从二维到三维、平面到空间的增强相分布高度定制化，即“所想即所得”，可设计的微观结构为开发具有真正多功能性能的材料提供了可能性。

2)本发明旨在高度实现增强相的自由设计，为后续寻求最优结构和结构参数以理解微观组织与性能之间的关系提供便利，提高效率。此外，理解这种关系可以再次指导微结构设计，以获得进一步增强复合材料性能，掌握增强增韧相谐的复材制备技术。

3)基于本发明所述的增强相设计理念及形态分布控制方法，可实现不同位置不同结构的金属基复合材料的整体制备，在实际应用中为满足不同功能需求的零件一体化制造提供新思路。

附图说明

图1是现有的微观结构均匀的示意图和典型的SEM图像；

图2是现有的微观结构非均匀的示意图和典型的SEM图像；

图3是本发明实施例1提供的增材制造过程及预期增强相渐变分布空间示意图；

图4是本发明实施例2提供的增材制造单层设计及预期增强相条带分布空间示意图；

图5是本发明实施例3提供的逐层偏转90°的增材制造过程及预期增强相分布空间示意图；

图6是本发明实施例4提供的逐层偏转180°的增材制造过程及预期增强相分布空间示意图；

图7是本发明实施例5提供的增材制造过程及预期增强相条带分布空间示意图；

图8是本发明实施例5提供的柱状样件微观组织示意图；

图9是本发明实施例6提供的单层增强相设计示意图；

图10是本发明实施例7提供的增材制造策略及预期增强相分布空间示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。为方便描述，各实施例中基体材料A中只含有B一种增强相材料，提及复合材料或混合粉末的组成时，含量均指质量。

实施例1

本实施例以两相MMCs为例，制备由A→B的过渡复合材料。图3为本实施例的激光沉积增材制造过程及预期增强相渐变分布空间示意图，其中X、Y坐标轴表示激光扫描方向，Z坐标轴表示增材制造生长方向。设计上基体材料为A、增强相材料为B，每层的复合材料组成为Ax+By(x％+y％＝100％,x∈[0,100],y∈[0,100])。第n-1层之前的切片层中x＝100，即全部为材料A，从第n层开始，随着层数的增加，材料B的含量线性增大，直到第n+m+1层，第n+m+1层及第n+m+1层之后的切片层材料组成为100％材料B。按照每个切片层的成分设计，分别制备符合每一切片层成分的相应粉末，进行激光沉积增材制造时第n层至第n+m层分别送入增强相B含量随层序数线性增大的相应Ax+By粉末进行制备，第1至第n-1层送入100％A粉末制备，第n+m+1层及之后的切片层采用100％B粉末制备，如此逐层叠加完成渐变分布的复合材料零件的制造。

制备每一切片层所用的粉末可以为A与B直接混合的粉末并调整B的含量以符合每一切片层的成分。也可以采用在高能激光束的作用下，能够原位反应生成增强相B的粉末，或能够基于溶解/析出机制析出增强相B的粉末。通过对B种类的选择及激光沉积增材制造工艺参数的调整，最终可使B在每一切片层内弥散分布于基体合金材料A中。本实施例将增强相均匀分布与非均匀分布有机结合，最终实现了复合材料的增强相形态与渐变分布的控制。

实施例2

采用两种粉末原料，粉末A、混合粉末A+xB(x∈(0,100),％)(即混合粉末中含有1-x％的A与x％的B)，粉末A为基体合金，B为增强相。

每一切片层设计为A条带、A+xB条带两种条带交错分布，通过激光沉积增材制造制备每一单个切片层时，送入粉末A或混合粉末A+xB进行连续单道扫描形成单个切片层中的相应条带，通过控制相应粉末的连续单道数量控制相应条带的宽度，形成两种条带交错分布的单个切片层；每一切片层与上一切片层之间按照设计，不进行角度偏转，逐层叠加完成条带分布的复合材料零件的制造。增材制造单层设计及预期增强相条带分布空间示意图如图4所示。

实施例3

每一切片层与上一切片层之间偏转90°，其他同实施例2。增材制造单层设计及预期增强相条带分布空间示意图如图5所示。

实施例4

每一切片层与上一切片层之间偏转180°，其他同实施例2。增材制造单层设计及预期增强相条带分布空间示意图如图6所示。

实施例3和4中增强相呈微观不均匀但宏观有规律分布的组织结构，增加了不同条带间的连通度，制备出的复合材料高强度与高塑性相谐。

实施例5

所用的粉末与实施例2相同。粉末A连续打印n层、混合粉末A+xB连续打印m层，如此循环往复制备条带分布的复合材料零件，具体操作过程及预期增强相条带分布空间示意图如图7。通过设置m、n的数值可调控条带宽。该方案的优势在于成形效率高、粉末利用率大，可用于零件的批量生产，还可以制造实际应用广泛的轴、环一类零件，比如可按需做微观组织如图8所示的柱状样件。

实施例6

本实施例设计并制备增强相聚集区在增强相贫化区中在平面内呈网状分布或离散的团状分布的复合材料零件，如图9所示。所用的粉末与实施例2相同。首先按图9设计每一切片层中增强相聚集区和增强相贫化区的形状，在激光沉积增材制造前的数据处理阶段，按照设计的每一切片层中增强相聚集区的形状，采用控制软件对每一切片层进行扫描路径规划，生成运动轨迹；在进行激光沉积增材制造时，对于单个切片层，先用混合粉末A+xB(在本实施例中即为聚集区粉末)按对应的运动轨迹进行3D打印，形成增强相聚集区，再用粉末A(在本实施例中即为贫化区粉末)填充余下部分，完成单个切片层的制备，按照设计进行逐个切片层的制备和叠加，完成增强相聚集区在增强相贫化区中在平面内呈网状分布或团状分布的复合材料零件的制造。

实施例7

本实施例设计并制备增强相聚集区在增强相贫化区中在空间内呈正十二面体空间网状分布的复合材料零件，如图10所示。

首先搭配软件对每一层增强相聚集区分布按规律进行分层切片并逐层设计处理，设计每一切片层中增强相聚集区和增强相贫化区的形状，在激光沉积增材制造前的数据处理阶段，按照设计的每一切片层中增强相聚集区的形状，采用控制软件对每一切片层进行扫描路径规划，生成运动轨迹；在进行激光沉积增材制造时，对于单个切片层，先用混合粉末A+xB(在本实施例中即为聚集区粉末)按对应的运动轨迹进行3D打印，形成增强相聚集区，再用粉末A(在本实施例中即为贫化区粉末)填充余下部分，完成单个切片层的制备，按照设计进行逐个切片层的制备和叠加。

经层层叠加制造，可得到增强相聚集区呈空间正十二面体网状分布的复合材料零件，实现增强相和基体相的最佳接触，将最大程度的发掘复合材料的力学性能，有望成为复材强化效果和增韧效果相谐的最优组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)生成三维数学模型并切片分层：

在计算机中生成待制备复合材料零件的三维数学模型，将三维数学模型切片分层处理；

(2)复合材料零件的设计和制备：按需求对每一切片层中基体和增强相的含量、形态、分布进行设计，通过激光沉积增材制造工艺，按照设计制备每一切片层，并逐层叠加，完成增强相形态与分布按照需求控制的复合材料零件的制备。

2.根据权利要求1所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述复合材料零件为金属基复合材料零件，所述增强相为纤维、晶须、颗粒中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述复合材料零件中增强相在基体内分布为渐变分布、条带分布或定制化分布。

4.根据权利要求3所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述复合材料零件中基体材料为A，含有一种或几种增强相；

所述渐变分布的复合材料零件的设计和制备方法为：所述复合材料零件中第n层至第n+m层切片层的成分，设计为基体材料A中的一种或几种增强相含量随切片层序数的增大有规律地增大或减小；按照设计分别制备符合每一切片层成分的相应粉末；通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，第n层至第n+m层切片层分别送入相应粉末进行制备，按照设计逐层叠加完成渐变分布的复合材料零件的制备；

所述条带分布的复合材料零件为设计上包括若干种条带的复合材料零件，不同条带中基体材料A和增强相的含量不同，条带分布的复合材料零件的设计和制备方法按照方案1或方案2进行：

所述方案1为：每一切片层设计为若干种条带交错分布；制备符合每种条带成分的相应粉末；通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，送入相应粉末进行连续单道扫描形成单个切片层中的各个相应条带，进而形成单个切片层，通过控制相应粉末的连续单道数量控制相应条带的宽度，每一切片层与上一切片层之间，按照设计不进行角度偏转或偏转任意角度，逐层叠加完成条带分布的复合材料零件的制备；

所述方案2为：切片层设计为连续几层为同一成分，之后连续几层为另一种成分，循环交错形成条带分布，制备符合每一切片层成分的相应粉末，通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，每一个成分的切片层采用相应粉末进行制备，按照设计逐层叠加完成条带分布的复合材料零件的制备；

所述定制化分布的复合材料零件中，包括增强相聚集区和增强相贫化区，增强相聚集区和增强相贫化区在每一切片层平面上或整个复合材料零件空间内有定制形状的分布；

所述定制化分布的复合材料零件的设计和制备方法为：通过定制的增强相聚集区与增强相贫化区的分布形状，设计每一切片层中增强相聚集区和增强相贫化区的形状，在激光沉积增材制造前的数据处理阶段，按照设计的每一切片层中增强相聚集区的形状，采用控制软件对每一切片层进行扫描路径规划，生成运动轨迹；分别制备符合增强相聚集区和增强相贫化区成分的相应粉末，称为聚集区粉末和贫化区粉末；通过激光沉积增材制造工艺制备复合材料零件时，单个切片层中先送入聚集区粉末按对应的运动轨迹进行3D打印，再用贫化区粉末填充余下部分，完成单个切片层的制备，按照设计进行逐个切片层的制备和叠加，完成定制化分布的复合材料零件的制备。

5.根据权利要求4所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述符合渐变分布的复合材料零件每一切片层成分的相应粉末、符合条带分布的复合材料零件每种条带成分的相应粉末、聚集区粉末或贫化区粉末，为基体材料A与增强相按比例混合的粉末，或在激光沉积的高能激光束的作用下能够在基体材料A中原位反应生成增强相的粉末，或能够基于溶解/析出机制在基体材料A中析出增强相的粉末，或者上述三种粉末中两种或三种混合。

6.根据权利要求4所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述渐变分布的复合材料零件只含有B一种增强相，第n层至第n+m层切片层中B的含量随层序数增大而有规律地增大，第1层至第n-1层切片层的成分为基体材料A，第n+m+1层之后的切片层的成分为100％的增强相B。

7.根据权利要求4所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述方案1中，每一切片层与上一切片层之间偏转90°或180°。

8.根据权利要求4所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述定制化分布的复合材料零件中的基体材料A为复合材料。

9.根据权利要求4所述的基于增材制造的复合材料增强相形态与分布控制方法，其特征在于，所述定制化分布的复合材料零件中增强相聚集区在增强相贫化区中的分布形状为平面或空间网状，或离散分布的团状。

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