复合增材制造层状异构零件的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种复合增材制造层状异构零件的方法及系统，包括如下步骤：处理步骤：在预设基材上冷喷涂预设粉末；或者，在预设基材上超声波增材固结箔材；冷喷涂步骤：在固结的箔材上冷喷涂预设粉末；超声波步骤：在预设粉末上利用超声波增材固结箔材；交替执行步骤：交替执行冷喷涂步骤与超声波步骤，形成层状异构零件。本发明专利技术可实现层状异构复合材料的增材制造，所获得的零件强度高、韧性好。韧性好。韧性好。

【技术实现步骤摘要】
复合增材制造层状异构零件的方法及系统


[0001]本专利技术涉及金属成形制造的
，具体地，涉及一种复合增材制造层状异构零件的方法及系统。尤其是，优选的涉及一种超声波
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冷喷涂复合增材制造层状异构零件的方法。

技术介绍

[0002]层状异构复合是一种利用不同材料特点实现零件高性能的实现方式，包括单金属层状异构和多金属复合两种主要类型。具有软
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硬层状复合的零件可具有接近硬层的强度和接近软层的塑性，实现优异的强度
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塑性匹配。同时，软
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硬界面能够阻止裂纹扩展，增强材料的冲击和疲劳性能。这些优势使得层状异构零件能够满足高端工业领域的需求。冷喷涂和超声波增材都是可以制造层状异构零件的手段。
[0003]冷喷涂增材制造技术属于金属3D打印技术的一种，其原理是粉末颗粒在高速气体的带动下冲击基材，粉末发生剧烈的塑性变形并沉积。冷喷涂属于低温增材，适用于氧、热敏感材料，并且不会对基材产生热影响，成形过程中剧烈的塑性变形使得其具有较高的强度，且沉积效率较高。但冷喷涂存在塑性差、孔隙率和残余应力较大的问题，且在粉末和基材强度均较高时难以发生有效的结合，难以用于高强度材料的制造。
[0004]超声波增材技术是一种先进的低温增材技术，其原理是通过换能器将高频电信号转变为高频机械振动，金属在振动和压力的作用下发生塑性变形，界面间氧化膜被破坏，金属间紧密接触发生扩散，形成冶金结合。在超声波增材过程中，材料的微观组织能够得到改善，从而获得更高的强度。但随着堆叠层数的增加，超声波增材也存在着结合不紧密的问题。
[0005]公开号为CN114985778A的中国专利技术专利文献公开一种层状异构钢及其电弧增材制造系统和方法。为解决对复杂结构件实现异构设计及成分、组织调控的问题，本专利技术在全层渗透热控制下，实现层状异构材料构件的电弧增材制造，因其沉积效率高、致密度高、工艺简单、成本低廉、分层成型等优点，可作为构建层状异质钢的首选制备工艺。利用电弧增材制造的成型特点可实现复杂构件的分层设计；利用电弧增材制造特有的全层渗透热控制控制可调控不同层的微观组织
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结构，提升构件的强
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韧综合力学性能。
[0006]针对上述中的相关技术，专利技术人认为根据现有工艺存在的问题，设计一种复合工艺方法，使得不同工艺优势互补，对于制造高性能层状异构零件很有必要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种复合增材制造层状异构零件的方法及系统。
[0008]根据本专利技术提供的一种复合增材制造层状异构零件的方法，包括如下步骤：
[0009]处理步骤：在预设基材上冷喷涂预设粉末；或者，在预设基材上超声波增材固结箔材；
[0010]冷喷涂步骤：在固结的箔材上冷喷涂预设粉末；
[0011]超声波步骤：在预设粉末上利用超声波增材固结箔材；
[0012]交替执行步骤：交替执行冷喷涂步骤与超声波步骤，形成层状异构零件。
[0013]优选的，在所述处理步骤中，所述预设基材包括铝合金基材；所述预设粉末包括钛粉末；对铝合金基材进行喷砂处理，使铝合金基材表面粗糙化；
[0014]在所述超声波步骤中，所述箔材包括铝合金箔。
[0015]优选的，该方法还包括机加工步骤：对层状异构零件进行机加工，使层状异构零件尺寸符合要求。
[0016]优选的，在所述处理步骤中，
[0017]所述预设基材包括防撞梁；所述箔材包括2219
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O铝合金箔；将板材冲压成所需防撞梁；将防撞梁于535℃条件下固溶40min，淬火至室温，175℃下时效10h；
[0018]在防撞梁表面通过超声波增材固结2219
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O铝合金箔，固结振幅为20μm，固结压力为0.25MPa，超声波频率为20kHz；
[0019]在所述冷喷涂步骤中，所述预设粉末包括2219
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T6粉末；在铝合金箔表面冷喷涂2219
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T6粉末，载气温度为350℃，载气压力为2.8MPa，喷嘴距离为30mm。
[0020]优选的，在所述处理步骤中，
[0021]在铝合金表面按照加强筋的横截面冷喷涂钛粉末，载气温度为700℃，载气压力为5MPa，喷嘴距离为30mm；
[0022]在所述超声波步骤中，所述箔材包括2219
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T6铝箔；利用超声波增材在钛粉涂层上按照加强筋的横截面固结2219
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T6铝箔，固结振幅为30μm，固结压力为0.3MPa，超声波频率为20kHz。
[0023]根据本专利技术提供的一种复合增材制造层状异构零件的系统，包括如下模块：
[0024]处理模块：在预设基材上冷喷涂预设粉末；或者，在预设基材上超声波增材固结箔材；
[0025]冷喷涂模块：在固结的箔材上冷喷涂预设粉末；
[0026]超声波模块：在预设粉末上利用超声波增材固结箔材；
[0027]交替执行模块：交替执行冷喷涂模块与超声波模块，形成层状异构零件。
[0028]优选的，在所述处理模块中，所述预设基材包括铝合金基材；所述预设粉末包括钛粉末；对铝合金基材进行喷砂处理，使铝合金基材表面粗糙化；
[0029]在所述超声波模块中，所述箔材包括铝合金箔。
[0030]优选的，该系统还包括机加工模块：对层状异构零件进行机加工，使层状异构零件尺寸符合要求。
[0031]优选的，在所述处理模块中，
[0032]所述预设基材包括防撞梁；所述箔材包括2219
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O铝合金箔；将板材冲压成所需防撞梁；将防撞梁于535℃条件下固溶40min，淬火至室温，175℃下时效10h；
[0033]在防撞梁表面通过超声波增材固结2219
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O铝合金箔，固结振幅为20μm，固结压力为0.25MPa，超声波频率为20kHz；
[0034]在所述冷喷涂模块中，所述预设粉末包括2219
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T6粉末；在铝合金箔表面冷喷涂2219
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T6粉末，载气温度为350℃，载气压力为2.8MPa，喷嘴距离为30mm。
[0035]优选的，在所述处理模块中，
[0036]在铝合金表面按照加强筋的横截面冷喷涂钛粉末，载气温度为700℃，载气压力为5MPa，喷嘴距离为30mm；
[0037]在所述超声波模块中，所述箔材包括2219
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T6铝箔；利用超声波增材在钛粉涂层上按照加强筋的横截面固结2219
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T6铝箔，固结振幅为30μm，固结压力为0.3MPa，超声波频率为20kHz。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0039]1、本专利技术可实现层状异构复合材料的增材制造，所获得的零件强度高、韧性好；
[0040]2、本专利技术以冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合增材制造层状异构零件的方法，其特征在于，包括如下步骤：处理步骤：在预设基材上冷喷涂预设粉末；或者，在预设基材上超声波增材固结箔材；冷喷涂步骤：在固结的箔材上冷喷涂预设粉末；超声波步骤：在预设粉末上利用超声波增材固结箔材；交替执行步骤：交替执行冷喷涂步骤与超声波步骤，形成层状异构零件。2.根据权利要求1所述的复合增材制造层状异构零件的方法，其特征在于，在所述处理步骤中，所述预设基材包括铝合金基材；所述预设粉末包括钛粉末；对铝合金基材进行喷砂处理，使铝合金基材表面粗糙化；在所述超声波步骤中，所述箔材包括铝合金箔。3.根据权利要求1所述的复合增材制造层状异构零件的方法，其特征在于，该方法还包括机加工步骤：对层状异构零件进行机加工，使层状异构零件尺寸符合要求。4.根据权利要求1所述的复合增材制造层状异构零件的方法，其特征在于，在所述处理步骤中，所述预设基材包括防撞梁；所述箔材包括2219
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O铝合金箔；将板材冲压成所需防撞梁；将防撞梁于535℃条件下固溶40min，淬火至室温，175℃下时效10h；在防撞梁表面通过超声波增材固结2219
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O铝合金箔，固结振幅为20μm，固结压力为0.25MPa，超声波频率为20kHz；在所述冷喷涂步骤中，所述预设粉末包括2219
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T6粉末；在铝合金箔表面冷喷涂2219
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T6粉末，载气温度为350℃，载气压力为2.8MPa，喷嘴距离为30mm。5.根据权利要求2所述的复合增材制造层状异构零件的方法，其特征在于，在所述处理步骤中，在铝合金表面按照加强筋的横截面冷喷涂钛粉末，载气温度为700℃，载气压力为5MPa，喷嘴距离为30mm；在所述超声波步骤中，所述箔材包括2219
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T6铝箔；利用超声波增材在钛粉涂层上按照加强筋的横截面固结2219
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T6铝箔，固结振幅为30μm，固结压力为0.3MPa，超声波频率为20kHz。6.一种复合增...

【专利技术属性】
技术研发人员：何霁，丁子涵，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：