一种仿生中空梯度骨架结构制造技术

本发明专利技术公开了一种仿生中空梯度骨架结构，包括：蜂窝空腔，蜂窝空腔有多个，多个蜂窝空腔邻接且共边设置，蜂窝空腔具有上开口和下开口，上开口为多边形，蜂窝空腔的上开口向下开口方向延伸并向内收缩形成类圆形的下开口，多个蜂窝空腔均由3D打印技术一次成型。以3D打印技术一次成型制作多腔室的仿生中空梯度骨架结构，具有高抗压性能，在有限的重量下实现高承载的要求，结构整体能够实现大幅度减重，具有轻质、高抗压强度、密度低等优点，在航空航天、能源、国防等众多工程领域中可以得到广泛的应用，具有良好的应用前景和适用范围。具有良好的应用前景和适用范围。具有良好的应用前景和适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生中空梯度骨架结构


[0001]本专利技术涉及仿生结构
，更具体的说是涉及一种仿生中空梯度骨架结构。

技术介绍

[0002]在航空航天、能源、国防等众多工程领域中，一些关键部件需要在高温、高速或高载荷条件下工作，这就需要设计和制备具备轻质、高强、止裂、耐磨、抗冲击等多种力学性能的材料和结构。
[0003]自然界的生物材料在长期进化过程中形成了具有优异力学性能的特殊结构,然而这些自然界的生物材料和特殊结构无法直接应用于上述工程领域中；
[0004]随着3D打印技术的兴起，该技术在形状和设计上具有高度的灵活性，可以制备形状复杂的新型结构，使得制造仿生结构成为可能，因此，如何提供一种具有优异力学性能的仿生材料或仿生结构，成为本领域人员亟需解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种仿生中空梯度骨架结构，包括：蜂窝空腔，所述蜂窝空腔有多个，多个所述蜂窝空腔邻接且共边设置，所述蜂窝空腔具有上开口和下开口，所述上开口为多边形，所述蜂窝空腔的上开口向下开口方向延伸并向内收缩形成类圆形的下开口，多个所述蜂窝空腔均由3D打印技术一次成型。
[0007]本专利技术的有益效果是：以3D打印技术一次成型制作多腔室的仿生中空梯度骨架结构，具有高抗压性能，在有限的重量下实现高承载的要求，该骨架具有放射状的蜂窝空腔，相邻的蜂窝空腔共边，且蜂窝空腔两端开口，空腔的内表面可以为光滑的曲面，能有效地将压力由外向内逐渐传递，降低力量在单点的集中，利于维护蜂窝的形态；同时，结构整体能够实现大幅度减重，具有轻质、高抗压强度、密度低等优点，在航空航天、能源、国防等众多工程领域中可以得到广泛的应用，具有良好的应用前景和适用范围，存在替代部分传统材料的可能性。
[0008]优选的，所述蜂窝空腔的上开口为五边形或六边形。
[0009]优选的，多个所述蜂窝空腔组成球体、立方体、圆柱体或组成球体衍生结构、立方体衍生结构、圆柱体衍生结构，其中最优为球体。
[0010]采用上述技术方案的有益效果是：以路路通果壳作为仿生模本，使多个蜂窝空腔组成中空的球形结构，进一步加强结构整体的抗压强度、并降低密度和质量。
[0011]优选的，所述蜂窝空腔的长度为球体半径的0
‑
100％。当蜂窝空腔的长度不足100％时，剩余空间则为中空的球心。
[0012]当蜂窝空腔的长度为0时，可以认为空腔不存在，而是多个具有一定厚度的片状多边形结构，上述多个多边形结构共同拼接形成球面结构。
[0013]当蜂窝空腔的长度为100％时，则球体的球心不是空心，而是由蜂窝空腔的腔壁填
充。
[0014]优选的，所述蜂窝空腔的壁厚与所述球形结构的直径比为1:50
‑
1:5。
[0015]优选的，所述蜂窝空腔的材料为光敏树脂高分子材料、陶瓷、金属或其他适用于3D打印的复合浆料。
[0016]采用不同的材料时，中空梯度骨架结构的性能也会发生变化，例如：由陶瓷浆料打印的结构具备陶瓷的耐高温、耐腐蚀优异性能的同时，可以极大地改善陶瓷材料韧性差，易碎裂等缺点；由金属打印的结构具有较好的耐压、导电导热性能，可以较好的改善模量较低的金属材料的强度和抗冲击性能。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0018]图1为结构示意图；
[0019]图2为实施例1的性能测试图；
[0020]图3为实施例2的性能测试图；
[0021]图4为实施例3的性能测试图。
[0022]其中，1
‑
蜂窝空腔，101
‑
上开口，102
‑
下开口。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0026]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0027]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0028]本专利技术公开了一种仿生中空梯度骨架结构，包括：蜂窝空腔1，蜂窝空腔1有多个，多个蜂窝空腔1邻接且共边设置，蜂窝空腔1具有上开口101和下开口102，上开口101为多边形，蜂窝空腔1的上开口101向下开口102方向延伸并向内收缩形成类圆形的下开口102，多个蜂窝空腔1均由3D打印技术一次成型。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本实施例公开了一种中空球形梯度骨架结构，蜂窝空腔1采用六边形上开口101，共有42个蜂窝空腔1；制作时采用3D打印一体成型，打印材料选择光敏树脂高分子材料，打印分辨率为16
‑
30um。在打印过程中所有的模型均平行于打印平面放置，以避免打印方向对试件力学性能的影响。打印完成后，清除多余的支撑材料，得到中空梯度骨架结构。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生中空梯度骨架结构，其特征在于，包括：蜂窝空腔，所述蜂窝空腔有多个，多个所述蜂窝空腔邻接且共边设置，所述蜂窝空腔具有上开口和下开口，所述上开口为多边形，所述蜂窝空腔的上开口向下开口方向延伸并向内收缩形成类圆形的下开口，多个所述蜂窝空腔均由3D打印技术一次成型。2.根据权利要求2所述的一种仿生中空梯度骨架结构，其特征在于，所述蜂窝空腔的上开口为五边形或六边形。3.根据权利要求1所述的一种仿生中空梯度骨架结构，其特征在于，多个所述蜂窝空腔组成球体、立方体、圆柱体或组成球体衍生结构、立方体衍生结构、圆柱体衍生结构。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳永海，孙晓毅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：