一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法技术

一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法。本发明专利技术属于增材制造领域和3D打印领域，具体涉及一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法。本发明专利技术为了解决传统工艺复杂结构制造受限、原材料浪费严重、加工效率低以及增材制造工艺设备成本投入高、原材料要求苛刻、制品精度差、性能差的问题。方法：一、根据金属结构件构建三维CAD图形，对三维CAD图形进行切片处理；二、将金属板材加工成片层件；三、去除金属氧化物薄膜；四、堆叠定位；五、扩散连接，得到金属结构件。本发明专利技术解决了金属结构件传统加工工艺对复杂结构受限、原材料浪费严重、加工周期长、能耗成本投入高、原材料适用性受限以及制品精度、性能差等问题的问题。

Composite manufacturing method for metal structure parts based on diffusion bonding

Composite manufacturing method for metal structure parts based on diffusion bonding. The invention belongs to the field of additive manufacturing and the field of 3D printing, in particular relates to a composite manufacturing method for metal structure parts based on diffusion bonding. The present invention in order to solve the traditional process of complex structure manufacturing limited, serious waste of raw materials, low processing efficiency and increasing material manufacturing process equipment of high input costs, raw materials, products demanding accuracy, the problem of poor performance. Methods: first, according to the metal structure construction of 3D CAD graphics, 3D graphics of CAD section processing; two, sheet metal processing, three pieces of film layer; removing metal oxide films; four, stacked positioning; five, diffusion bonding, metal structure. The invention solves the problems of the traditional processing technology of metal structure of complex structure, limited raw material waste, long processing cycle, energy consumption, high cost of raw materials is limited and the accuracy of products, poor performance and other issues.

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法
本专利技术属于增材制造领域和3D打印领域，具体涉及一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法。
技术介绍
增材制造技术因具有复杂结构件无模、快速、全致密、近净成型等优势，已经成为目前世界各国提升制造业水平、实现制造技术创新的重要着力点，在金属结构件方面，目前比较成熟的增材制造技术包括激光选区融化、激光融化沉积、电子束熔炼等，此类技术的关键在于适当选取高能热源对金属原材料进行融化，从而将无法避免的引入较高的设备开发和能耗成本投入。以此同时，此类技术的瞬态熔凝过程会造成极高的温度梯度，使构件内部产生较高的封闭热应力，进而导致结构件性能降低，甚至出现变形或开裂等缺陷。为消除此类影响，部分学者提出对增材制造结构件进行后续处理以实现内部组织结构优化和性能提高，从而无疑又进一步增加了整个工艺过程的成本投入。除此之外，金属增材制造对原材料的适用性、颗粒尺寸及粒度分布等要求极高，这也是限制金属增材制造技术发展的关键因素之一。相比较而言，传统成熟工艺虽然存在原材料浪费、复杂结构受限、加工周期长等问题，但其产品可靠性的保证使其在增材制造技术迅猛发展之时仍然可以作为目前各领域金属结构件制造的首选工艺。尤其是采用扩散连接技术可以获得与基体材料几乎相同的强度，并可以保证较高的尺寸精度，使其在航空航天次承力和主承力结构件减重和降低成本方面发挥除了巨大的优势。
技术实现思路
本专利技术为了解决传统工艺复杂结构制造受限、原材料浪费严重、加工效率低以及增材制造工艺设备成本投入高、原材料要求苛刻、制品精度差、性能差的问题，而提供一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法。本专利技术的一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法按以下步骤进行：一、根据金属结构件构建三维CAD图形，对三维CAD图形进行切片处理，切成若干个片层厚度为0.3mm～50mm的片层结构三维图形；二、按照步骤一中得到的片层结构三维图形将金属板材加工成片层件；三、采用化学法或机械法对步骤二得到的片层件进行表面处理，以去除油脂和金属氧化物薄膜；四、根据步骤一中三维CAD图形对步骤三后的片层件进行堆叠定位；五、将步骤四堆叠定位好的片层件采用扩散连接设备在真空或氩气气氛保护下进行扩散连接，得到金属结构件；所述扩散连接温度为500～1250℃，扩散连接压力为0.25MPa～30MPa，扩散连接时间为0.5h～3h。本专利技术的有益效果本专利技术解决了金属结构件传统加工工艺对复杂结构受限、原材料浪费严重以及加工周期长的问题；本专利技术同时解决了金属结构件增材制造工艺设备、能耗成本投入高、原材料适用性受限以及制品精度、性能差等问题；本专利技术通过结合传统成熟加工工艺和增材制造思想提出一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法，该方法可低成本、快速地制备出满足精度和性能要求的金属结构件，并且不受限于材料类型和结构特征。本专利技术基于增材制造思想对三维结构进行了切片分割，并同时考虑了片层厚度与可选金属板材厚度的匹配性，减少了传统减材制造工艺直接加工所造成的原材料浪费。附图说明图1为试验一中结构件的三维CAD图形；图2为试验二中结构件的三维CAD图形。具体实施方式本专利技术的技术方案不局限于以下具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式的一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法按以下步骤进行：一、根据金属结构件构建三维CAD图形，对三维CAD图形进行切片处理，切成若干个片层厚度为0.3mm～50mm的片层结构三维图形；二、按照步骤一中得到的片层结构三维图形将金属板材加工成片层件；三、采用化学法或机械法对步骤二得到的片层件进行表面处理，以去除油脂和金属氧化物薄膜；四、根据步骤一中三维CAD图形对步骤三后的片层件进行堆叠定位；五、将步骤四堆叠定位好的片层件采用扩散连接设备在真空或氩气气氛保护下进行扩散连接，得到金属结构件；所述扩散连接温度为500～1250℃，扩散连接压力为0.25MPa～30MPa，扩散连接时间为0.5h～3h。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中切成若干个片层厚度为0.3mm～10mm的片层结构三维图形。其它步骤与参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中切成若干个片层厚度为1mm的片层结构三维图形。其它步骤与参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述金属板材为铝合金、钛合金、镁合金、不锈钢或镍基高温合金。其它步骤与参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述化学法为碱溶液清洗、酸溶液清洗和阳极化处理其中的一种或几种连用。其它步骤与参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中所述的碱溶液清洗过程为：将片层件置于温度为50～70℃的由氢氧化钠和碳酸钠组成的混合溶液中停留1min～2min，然后将碱蚀后的片层件放在溢流的清水中漂洗5min～8min。其它步骤与参数与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述由氢氧化钠和碳酸钠组成的混合溶液中氢氧化钠的浓度为30g/L，碳酸钠的浓度为30g/L。其它步骤与参数与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一之一不同的是：步骤三中所述的酸溶液清洗过程为：将片层件置于硝酸溶液中停留5min～8min，酸洗后，将片层件用去离子水淋洗。其它步骤与参数与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述硝酸溶液的浓度为300g/L。其它步骤与参数与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述机械法为喷砂和砂纸打磨。其它步骤与参数与具体实施方式一至九之一相同。具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：所述砂纸打磨采用240#、400#、600#水砂纸进行手工逐级磨光。其它步骤与参数与具体实施方式一至十之一相同。具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中采用机械臂进行堆叠定位。其它步骤与参数与具体实施方式一至十一之一相同。具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤四中进行堆叠采用多次堆叠或一次性堆叠。其它步骤与参数与具体实施方式一至十二之一相同。所述多次堆叠为先堆叠部分片层件，扩散焊接后再堆叠一部分，直至堆叠完成整个结构件。具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤五中所述的扩散连接设备为扩散炉、热等静压装置或超塑成形/扩散连接专用压机。其它步骤与参数与具体实施方式一至十三之一相同。用以下试验验证本专利技术的有益效果：试验一、(结合图1)本试验的一种基于扩散连接的铝合金结构件减增材复合制造方法按以下步骤进行：本试验针对一个含中心等截面通孔的锥台进行，如图1所示，所述材料为7075铝合金，锥台z方向高度为20mm。一、根据结构件结构特征构建三维CAD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法，其特征在于一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法按以下步骤进行：一、根据金属结构件构建三维CAD图形，对三维CAD图形进行切片处理，切成若干个片层厚度为0.3mm～50mm的片层结构三维图形；二、按照步骤一中得到的片层结构三维图形将金属板材加工成片层件；三、采用化学法或机械法对步骤二得到的片层件进行表面处理，以去除油脂和金属氧化物薄膜；四、根据步骤一中三维CAD图形对步骤三后的片层件进行堆叠定位；五、将步骤四堆叠定位好的片层件采用扩散连接设备在真空或氩气气氛保护下进行扩散连接，得到金属结构件；所述扩散连接温度为500～1250℃，扩散连接压力为0.25MPa～30MPa，扩散连接时间为0.5h～3h。

【技术特征摘要】
1.一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法，其特征在于一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法按以下步骤进行：一、根据金属结构件构建三维CAD图形，对三维CAD图形进行切片处理，切成若干个片层厚度为0.3mm～50mm的片层结构三维图形；二、按照步骤一中得到的片层结构三维图形将金属板材加工成片层件；三、采用化学法或机械法对步骤二得到的片层件进行表面处理，以去除油脂和金属氧化物薄膜；四、根据步骤一中三维CAD图形对步骤三后的片层件进行堆叠定位；五、将步骤四堆叠定位好的片层件采用扩散连接设备在真空或氩气气氛保护下进行扩散连接，得到金属结构件；所述扩散连接温度为500～1250℃，扩散连接压力为0.25MPa～30MPa，扩散连接时间为0.5h～3h。2.根据权利要求1所述的一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法，其特征在于步骤一中切成若干个片层厚度为0.3mm～10mm的片层结构三维图形。3.根据权利要求1所述的一种基于扩散连接的金属结构件减增材复合制造方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁晓媛，张继鹏，张安静，
申请(专利权)人：黑龙江英华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23