承载-发汗一体化结构的增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种承载

【技术实现步骤摘要】
承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其是一种点阵
‑
毛细复合的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法
。

技术介绍

[0002]提升高超声速飞行器在超远距离飞行能力及超高速的突防能力，是该领域实现跨代升级的亟需，具有重大的战略意义
。
研发更高马赫数
、
长航程和可靠服役是高超声速飞行器的发展方向
。
随着高超飞行器马赫数的大幅提高，其关键部件
(
如鼻锥
、
机翼前缘
、
进气道和超燃冲压发动机喷油支板等
)
在服役时将承受更高的热流密度，同时需满足在承受复杂多变的力
‑
热载荷下维持气动型面结构的完整性，为此对构件的热防护及承载性能提出了极大挑战
。
[0003]发汗冷却技术是现有换热能力最强的先进热防护技术之一，可以实现高超声速飞行器在服役工况下关键部位的有效冷却，保障飞行器不受高温烧蚀，该技术主要有层板发汗以及微孔发汗
。
国内外对发汗冷却技术也多有研究，应用于诸如鼻锥
、
尖锐前缘
、
进气道等关键部件，现阶段主要采用层板发汗冷却技术和微孔发汗冷却技术
。
[0004]层板发汗冷却技术是指通过将大量具有孔结构的金属薄板按照预设流道排布叠放在一起，最后通过扩散焊等技术手段制成层板结构，如专利公开号为
CN112765913A
中，介绍了一种分层梯度多孔材料发汗冷却结构及飞行器，其通过将
N
层
(N
＞
2)
多孔材料层堆叠，且孔隙率沿靠近冷却腔的方向依次按层减小，实现层板发汗结构的流量控制
。
又如专利公开号为
CN103192978A
中，介绍了一种层板式发汗和逆喷组合冷却鼻锥，其采用球锥形层板同轴叠加而成，并通过预设的控制流道实现冷却工质的定向输送
。
这些公开技术虽能一定程度上解决构件短时热防护问题，但复杂结构构件的制备工序极为复杂，且极易出现“局部热点效应”，致使层板发汗构件局部烧蚀失效
。
[0005]微孔发汗冷却技术，特别是具有毛细结构的发汗冷却结构，能够实现冷却工质流量的可控调节，可适用于服役环境更为复杂
、
热流密度更高的发汗冷却构件
。
如专利公告号为
CN109334974B
研究的一种控流型冲击发汗冷却头锥，该头锥利用粉末冶金的方法制备了多孔头锥的端面，可以通过调控粉末冶金烧结工艺实现孔隙率的调节，从而达到控制冷却工质流量，提高发汗冷却效率
。
再如专利公开号为
CN112935277A
中，介绍的一种多级互连微孔金属发汗结构的激光选区熔化成形方法，利用增材制造方法实现从毫米至微米级的三级微孔，可高效实现各类复杂金属发汗结构的整体成形，确保发汗冷却能力的均匀
、
稳定
。
然而，现有关于毛细发汗冷却的研究均主要关注热防护能力，其结构承载能力较弱，易因外力作用而发生变形失效
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有毛细发汗结构存在的承载能力弱等问题，提供一种承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法，它将点阵承载结构与毛细发汗结构有机复合，能够
兼顾承载与发汗性能，并可以通过增材制造实现高效一体化制备
。
[0007]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法，其特征在于包括以下步骤：
[0008]步骤
(1)
构建承载
‑
发汗一体化结构包络的空间；
[0009]步骤
(2)
用设计的双对角线点阵结构单元对步骤
(1)
包络的空间进行填充，形成点阵承载结构的数模；
[0010]步骤
(3)
将步骤
(1)
中承载
‑
发汗一体化结构包络的空间与步骤
(2)
中的点阵承载结构数模做布尔减运算，得到毛细发汗结构的数模；
[0011]步骤
(4)
将步骤
(2)
中的点阵承载结构数模和步骤
(3)
中的毛细发汗结构数模分别导入专用软件进行剖分处理，并分设不同的扫描策略，其中步骤
(2)
中模型设置为致密结构的打印策略，步骤
(3)
模型设置为毛细结构的打印策略；
[0012]步骤
(5)
将步骤
(4)
剖分后的模型导入增材制造设备，进行承载
‑
发汗一体化结构的增材制造，先打印步骤
(2)
中点阵承载结构数模的轮廓，再进行数模内部结构以及步骤
(3)
中毛细发汗结构数模的打印；
[0013]步骤
(6)
打印完成后经线切割及表面清理，获得点阵
‑
毛细复合的承载
‑
发汗一体化结构样件
。
[0014]前述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法的步骤
(2)
中，作为优选，点阵结构包含但不限于双对角线点阵结构，其点阵结构单元的尺寸范围为2～
10mm
，点阵结构的基本单元由杆件
、
管件或板件组成，杆件尺寸在
0.1
～
1mm、
管件外径与内径分别为
0.1
～
1mm
和
0.05
～
0.5mm、
板件的宽度与厚度尺寸分别为
0.1
～
1mm
和
0.1
～
0.2mm。
[0015]前述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法步骤
(3)
中，使用三维软件构建的毛细发汗结构数模，无需设置结构中的孔分布及尺寸，将整个毛细发汗结构数模设计为实体结构
。
[0016]前述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法步骤
(4)
中，将设计好的三维结构模型保存为
STL
或
3MF
格式的文件，再使用剖分软件对该模型文件进行剖分处理
。
[0017]前述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法步骤
(5)
中，在成形之前，先将基板升温至
20
～
1200℃
进行预热，并保证成形舱内为氩气
、
氮气或真空氛围，氧含量控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法，其特征在于包括以下步骤：步骤
(1)
构建承载
‑
发汗一体化结构包络的空间；步骤
(2)
用设计的双对角线点阵结构单元对步骤
(1)
包络的空间进行填充，形成点阵承载结构的数模；步骤
(3)
将步骤
(1)
中承载
‑
发汗一体化结构包络的空间与步骤
(2)
中的点阵承载结构数模做布尔减运算，得到毛细发汗结构的数模；步骤
(4)
将步骤
(2)
中的点阵承载结构数模和步骤
(3)
中的毛细发汗结构数模分别导入软件进行剖分处理，并分设不同的扫描策略，其中步骤
(2)
中模型设置为致密结构的打印策略，步骤
(3)
模型设置为毛细结构的打印策略；步骤
(5)
将步骤
(4)
剖分后的模型导入增材制造设备，进行承载
‑
发汗一体化结构的增材制造，先打印步骤
(2)
中点阵承载结构数模的轮廓，再进行数模内部结构以及步骤
(3)
中毛细发汗结构数模的打印；步骤
(6)
打印完成后经线切割及表面清理，获得点阵
‑
毛细复合的承载
‑
发汗一体化结构样件
。2.
根据权利要求1所述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法，其特征在于，步骤
(2)
中，点阵结构包含但不限于双对角线点阵结构，其点阵结构单元的尺寸范围为2～
10mm
，点阵结构的基本单元由杆件
、
管件或板件组成，杆件尺寸在
0.1
～
1mm、
管件外径与内径分别为
0.1
～
1mm
和
0.05
～
0.5mm、
板件的宽度与厚度尺寸分别为
0.1
～
1mm
和
0.1
～
0.2mm。3.
根据权利要求1所述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法，其特征在于，步骤
(3)
中，使用三维软件构建的毛细发汗结构数模，无需设置结构中的孔分布及尺寸，将整个毛细发汗结构数模设计为实体结构
。4.
根据权利要求1所述的承载
‑
发汗一体化结构的增材制造方法，其特征在于，步骤
(4)
中，将设计好的三维结构模型保存为<...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤慧萍，徐圣航，宋春男，丁超，刘石球，杨鑫，苌成，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：