一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法及产品技术

本发明专利技术公开了一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法及产品，该形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法包括：基于管道结构和尺寸的管接头结构设计、管接头打印专用材料的准备、管接头的打印路径规划及成形及打印管接头的后处理，其中管接头的结构为三层复合结构，能够提高管接头的强度，该方法可实现形状记忆管接头的功能结构一体化快速制造，极大的提高管道铺设工作和管道修复的效率及准确可靠性。而且此方法可以实现复杂结构的形状记忆合金管接头的快速制造，具有成形质量好、管接头紧固效果好、稳定性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法及产品
本专利技术涉及4D打印
，具体而言，涉及一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法及产品。
技术介绍
管道作为液体和气体物资运输的主要方式，已被广泛应用于能源、工业生产、航空航天、船舶、污水处理等领域，在石油、天然气、自来水等物资运输方面发挥了至关重要的作用。但是管接头作为管道连接的关键部位，在服役过程中需要承受高应力、高温、高压、腐蚀介质等严苛环境，容易出现密封不严，局部泄露的问题，进而直接影响到整体管路和装备的安全运行。采用形状记忆合金制造的管接头或连接件，具有形状记忆效应和超弹性的独特功能特性，实现低温装配，高温连接，无需多余连接部件，安装方便，使用安全可靠，已在美国的F－14、F－15战斗机上得到充分的应用验证。因此，形状记忆合金管接头已在航空航天、舰船、工业、能源等行业的管道连接中广泛应用。但常规的形状记忆合金管道管接头主要采用真空熔炼法、精密铸造法及粉末冶金法等方法制造，生产周期长，操作技术难度高，生产成本高。另外，常规方法制造的多为批量化的固定型号的产品，而管道不同部位的结构和尺寸千差万别，固定型号的产品不利于这种多样化的管道连接；若库存全部尺寸的管接头，则容易造成资源浪费，提高成本。因此，这严重制约了形状记忆合金管道管接头工程应用，亟需探索新的高效、快速的形状记忆合金管道管接头的制造方法。另外，管道泄漏是管道不可避免的问题，进行及时的补漏至关重要，但由于泄漏区域的不可预测性，导致管道修复器的预储备困难，管道补漏质量较差，亟需寻找一种快捷、可靠的管道打印和修复的方法。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法及产品。本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法，包括以下步骤：将具有三层结构的管接头的结构模型导入到增材专用路径规划软件中，对具有三层结构的管接头的结构模型进行分层切片，分别针对三层结构进行对应的打印路径规划和打印参数设置，然后激光枪头按照规划路径和设置好的参数进行管接头的打印制造；具有三层结构的管接头包括：用于与连接管道接触的防护层、设置于防护层上的可恢复变形层以及设置于可恢复变形层上的锁紧加固表层，且锁紧加固表层位于管接头的两端。本专利技术实施例提供一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法，包括：在4D打印快速制造的过程中，将管接头设计为三层结构的管接头，且三层结构的管接头包括：用于与连接管道接触的防护层、设置于防护层上的可恢复变形层以及设置于可恢复变形层上的锁紧加固表层，且锁紧加固表层位于管接头的两端，在使用的过程中，上述具有三层结构的管接头紧箍在连接管道的外端，其中，管接头的防护层与连接管道的外表面直接接触，在防护层的表面设置有可恢复变形层，且为了加强管接头两端的锁紧能力，在管接头的可恢复变形层的两端设置有锁紧加固表层。三层结构的管接头设计思路如下：防护区的设计是考虑与连接管道接触区域服役时极易出现磨损、腐蚀等情况而导致出现局部泄漏，所以这区域需求强度较高，耐磨蚀性能较佳的结构。可恢复变形层的设计主要考虑形状记忆效应保证安装的实施性。锁紧加固表层的设计是考虑服役时由于长时间受力情况下，接头两端区域锁紧力会有降低而导致泄漏，所以在节约材料情况下在两端区域加一个锁紧外层，保证长时间的锁紧力。以上的三层结构的设计可以使得经过4D打印修复制造的管接头具有坚固的结构，实现管接头的形状记忆和快速的修复。可见，本专利技术实施例中以4D打印快速制造方法作为管接头的快速制造方法，4D打印技术作为一种新兴的前沿制造技术，可实现复杂结构的定制化设计及高精度快速制造，并在打印后通过温度、湿度、磁场等因素激励下实现自组装。这为复杂多变的管道管接头的快速制造提供了一条行之有效的新途径。采用本方法可实现复杂结构的形状记忆合金管道管接头的快速制造，可减少生产工序、大幅度缩短生产周期，有效降低生产成本，极大的提高管道铺设工作的效率及准确可靠性。在可选的实施方式中，管接头的设计尺寸如下：可恢复变形层根据实际管道的大小和尺寸进行相应设计，防护层厚度为可恢复变形层厚度的1/5－1/4，锁紧加固表层厚度为可恢复变形层厚度的1/2－1，且管接头两端的锁紧加固表层长度为可恢复变形层长度的1/4－1/3。为保证管接头的紧固可靠性，可恢复变形层根据实际管道的大小和尺寸进行相应设计，通常管道直径越大可恢复应变层厚度越，上述的管接头尺寸的设计可以很好的满足修复的需要，使修复之后的管接头能够更好的防止泄露的发生。在可选的实施方式中，打印制造包括：预先按照管接头的材料类型匹配管接头的打印粉末，然后将打印粉末送入打印舱，激光枪头按照规划路径和设置好的参数进行管接头的打印制造。在可选的实施方式中，按照管接头的材料类型匹配管接头的打印粉末包括：管接头的可恢复变形层采用打印主体粉末，防护层和锁紧加固表层均为打印主体粉末和强化相前驱体粉末的混合物；优选的，管接头材料为铁基材料时，可恢复变形层的打印主体粉末为FeMnSiCrNi，管接头材料为钛基材料时，可恢复变形层的打印主体粉末为NiTi，管接头材料为铜基材料时，可恢复变形层的打印主体粉末为CuAlNi；优选的，强化相前驱体粉末包括稀土单质、稀土氧化物和稀土中间合金中的至少一种，更优选的，强化相前驱体粉末包括La2O3、CeO2、LaB6以及Ti中的至少一种；更优选的，防护层中的强化相前驱体粉末用量占管接头打印材料的总量的比例为0.5－1.5wt％，锁紧加固表层强化相前驱体粉末用量占管接头打印材料的总量的比例为0.8－1.5wt.％。本专利技术实施例中管接头的打印粉末的选择，根据管接头材料的类型可以选择不同的打印粉末，针对铁基、钛基和铜基管道，可恢复变形层打印主体粉末分别采用FeMnSiCrNi、NiTi和CuAlNi三种类型；其次，防护层和锁紧加固表层分别在打印主体粉末中加入0.5－1.0wt％和0.8－1.5wt％的La2O3、CeO2、LaB6以及Ti等稀土或金属合金化强化前驱体，目的是提高管接头的强度和咬合力。在可选的实施方式中，将打印粉末送入打印舱后，对打印舱进行以下的处理：排除打印舱内中的水分和氧气，对基板进行预热处理；优选的，通过氩气置换方式将打印舱内中水分和氧气含量控制在1000ppm以下，对基板进行150－400℃的预热处理。将打印舱内中水分和氧气含量控制在1000ppm以下，可以减少水分和氧气对于打印过程中的影响，而基板加热有利于在基板的表面打印生长管接头结构。在可选的实施方式中，可恢复变形层在氩气保护气氛下打印，防护层和锁紧加固表层在氩气和氮气的混合保护气氛下打印，氩气和氮气的比例为0.75－0.98：0.25－0.02。在可选的实施方式中，激光枪头按照规划路径和设置好的参数进行管接头的打印制造包括：设置激光枪头打印的水平偏移量为20－100μm，单层提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法，其特征在于，包括以下步骤：将具有三层结构的管接头的结构模型导入到增材专用路径规划软件中，对所述具有三层结构的管接头的结构模型进行分层切片，分别针对三层结构进行对应的打印路径规划和打印参数设置，然后激光枪头按照规划路径和设置好的参数进行管接头的打印制造；/n所述具有三层结构的管接头包括：用于与连接管道接触的防护层、设置于所述防护层上的可恢复变形层以及设置于所述可恢复变形层上的锁紧加固表层，且所述锁紧加固表层位于所述管接头的两端。/n

【技术特征摘要】
1.一种形状记忆合金管接头的4D打印快速制造方法，其特征在于，包括以下步骤：将具有三层结构的管接头的结构模型导入到增材专用路径规划软件中，对所述具有三层结构的管接头的结构模型进行分层切片，分别针对三层结构进行对应的打印路径规划和打印参数设置，然后激光枪头按照规划路径和设置好的参数进行管接头的打印制造；
所述具有三层结构的管接头包括：用于与连接管道接触的防护层、设置于所述防护层上的可恢复变形层以及设置于所述可恢复变形层上的锁紧加固表层，且所述锁紧加固表层位于所述管接头的两端。


2.根据权利要求1所述的4D打印快速制造方法，其特征在于，所述管接头的设计尺寸如下：所述可恢复变形层根据连接管道的大小和尺寸进行相应设计，所述防护层厚度为所述可恢复变形层厚度的1/5－1/4，所述锁紧加固表层厚度为所述可恢复变形层厚度的1/2－1，且所述管接头两端的锁紧加固表层长度为所述可恢复变形层长度的1/4－1/3。


3.根据权利要求1所述的4D打印快速制造方法，其特征在于，所述打印制造包括：预先按照所述管接头的材料类型匹配管接头的打印粉末，然后将打印粉末送入打印舱，激光枪头按照规划路径和设置好的参数进行管接头的打印制造。


4.根据权利要求3所述的4D打印快速制造方法，其特征在于，按照所述管接头的材料类型匹配管接头的打印粉末包括：所述管接头的可恢复变形层采用打印主体粉末，所述防护层和所述锁紧加固表层均为打印主体粉末和强化相前驱体粉末的混合物。


5.根据权利要求4所述的4D打印快速制造方法，其特征在于，所述管接头材料为铁基材料时，所述可恢复变形层的打印主体粉末为FeMnSiCrNi，所述管接头材料为钛基材料时，所述可恢复变形层的打印主体粉末为NiTi，所述管接头材料为铜基材料时，所述可恢复变形层的打印主体粉末为CuAlNi。...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢冰文，张欣悦，董东东，王岳亮，马文有，李艳辉，李福海，陈兴驰，刘敏，
申请(专利权)人：广东省新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44