【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，涉及一种规律性非均匀多孔结构的增材制造方法。
技术介绍
1、多孔结构具有相对密度低、比强度高、比表面积大、阻波、隔热、渗透等特性，具有广泛的应用场景。例如，利用多孔结构比强度高的特性，在航天、航空领域具有极大的减重优势；利用多孔结构的阻波特性，可以用作隔音材料、减振材料和抗爆炸冲击的材料；利用多孔结构的渗透特性，用于制备分离过滤膜等等。
2、然而针对部分零部件，其不仅具有多孔结构，当其孔隙呈规律性的非均匀分布时，其性能可以显著提高。例如可以采用多孔结构作为水下航行器的耐压壳体表层，研究表明，当其靠近外壁的部分为多孔结构，靠近内壁为实体结构时，在承受水下压力的同时还可以有效改变航行器表层的流体特性，并且在一定工况条件下减小其航行阻力，有利于续航能力的提高。再比如航空航天、新能源汽车、电子器件、超导等领域均广泛应用的热管或均热板部件，其外壁是实心结构，而内壁附着有较大比表面积的毛细多孔结构，使其具备良好的散热特性。
3、传统的多孔结构制备方法有泡沫金属法、粉末冶金法、模板法等，但上述方法不能很好地控制孔隙的形状、尺寸和均匀程度，更加无法制备规律性非均匀多孔结构。近年来流行的增材制造方法可以用于制备多孔结构，且可以精确地控制孔隙的尺寸和大小，使得多孔结构实现按需定制，但是需要对复杂的多孔结构进行三维建模，且当孔隙结构较为复杂时，极容易产生结构塌陷、孔隙特征参数改变等问题，使得制备的多孔结构失真。另外，由于增材制造设备的束斑尺寸存在极限小值，当三维几何模型的最小特征尺寸小于束斑的极限小值时
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，无需对多孔结构进行三维建模，可以一次性成形规律性非均匀多孔结构，成形质量高，且不存在失真的问题。
2、本专利技术提供一种规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，包含如下具体步骤：
3、(1)建立目标零件的3d实体模型；
4、(2)根据多孔结构的不同特性参数，对目标零件的3d实体模型划分不同的区域；
5、(3)针对目标零件的3d实体模型的不同区域的特性参数定制对应的增材制造工艺参数；
6、(4)根据步骤(2)中不同区域的分界面，将目标零件的实体3d模型分割为若干独立子模型。
7、(5)将步骤(3)中得到的不同区域的增材制造工艺参数赋予到步骤(4)中对应的子模型上。
8、(6)进行工艺规划及切片；
9、(7)进行目标零件的增材制造。
10、进一步的，所述步骤(2)中划分不同区域的方法为：使用仿真软件对目标零件的3d实体模型进行物理场的数值模拟仿真，将模拟获得的场变量云图映射至目标零件的3d实体模型上，并根据场变量云图的等值面划分不同区域。
11、进一步的，所述物理场包括应力场、应变场、流场、声场中的一种或多种。
12、进一步的，所述步骤(3)的具体方法为：
13、①确定能量束功率p的取值范围pmin～pmax和扫描速度v的取值范围vmin～vmax；
14、②分别设计并实施能量束功率p、扫描速度v关于孔隙率φ、孔径d、比表面积s、硬度h、渗透率k中任意两个孔隙特性参量的响应面试验，并分别拟合出上述两个孔隙特性参量关于p、v的线性回归模型；
15、③构建方程组，根据目标零件所需的上述两个孔隙特性参量，求解出p、v。
16、另一种进一步的方案，所述步骤(3)的具体方法为：
17、①确定能量束功率p的取值范围pmin～pmax、扫描速度v的取值范围vmin～vmax、填充间距h的取值范围hmin～hmax；
18、②分别设计并实施能量束功率p、扫描速度v、填充间距h关于孔隙率φ、孔径d、比表面积s、硬度h、渗透率k中任意三个孔隙特性参量的响应面试验，并分别拟合出上述三个孔隙特性参量关于p、v、h的线性回归模型；
19、③构建方程组，根据目标零件所需的上述三个孔隙特性参量，求解出p、v、h。
20、另一种进一步的方案，所述步骤(3)的具体方法为：
21、①确定能量束功率p的取值范围pmin～pmax、扫描速度v的取值范围vmin～vmax、能量束离焦量f的取值范围fmin～fmax；
22、②分别设计并实施能量束功率p、扫描速度v和能量束离焦量f关于孔隙率φ、孔径d、比表面积s、硬度h、渗透率k中任意三个孔隙特性参量的响应面试验，并分别拟合出上述三个孔隙特性参量关于p、v、f的线性回归模型；
23、③构建方程组，根据目标零件所需的上述三个孔隙特性参量，求解出p、v、f。
24、另一种进一步的方案，所述步骤(3)的具体方法为：
25、①确定能量束功率p的取值范围pmin～pmax、扫描速度v的取值范围vmin～vmax、填充间距h的取值范围hmin～hmax以及能量束离焦量f的取值范围fmin～fmax；
26、②分别设计并实施能量束功率p、扫描速度v、填充间距h和能量束离焦量f关于孔隙率φ、孔径d、比表面积s、硬度h、渗透率k中任意四个孔隙特性参量的响应面试验，并分别拟合出上述四个孔隙特性参量关于p、v、h、f的线性回归模型；
27、③构建方程组，根据目标零件所需的上述四个孔隙特性参量，求解出p、v、h、f。
28、本专利技术的有益效果是：
29、本申请通过调控能量束功率p、扫描速度v、填充间距h和能量束离焦量f中的一种或多种，不仅能够对相邻沉积道之间的间隙进行调控，还能调控熔池的稳定性，使得沉积道内部产生微小孔隙，从而制备得到的多孔结构的最小特征尺寸可以远远小于设备分辨率的下极限值。
30、本申请可以一次性成形规律性非均匀多孔结构，成形质量高，且不存在传统增材制造工艺中存在的塌陷、孔隙结构改变以及收到设备分辨率低导致的失真的问题，且无需对零部件内部大量复杂晶格型多孔结构进行三维建模，只需对零部件的几何外形进行建模，极大地简化了建模的复杂度，提升了建模效率，降低了三维几何模型对成形件的质量影响。
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1.一种规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中划分不同区域的方法为：使用仿真软件对目标零件的3D实体模型进行物理场的数值模拟仿真，将模拟获得的场变量云图映射至目标零件的3D实体模型上，并根据场变量云图的等值面划分不同区域。
3.根据权利要求2所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述物理场包括应力场、应变场、流场、声场中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体方法为：
6.根据权利要求1所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体方法为：
7.根据权利要求1所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体方法为：
【技术特征摘要】
1.一种规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中划分不同区域的方法为：使用仿真软件对目标零件的3d实体模型进行物理场的数值模拟仿真，将模拟获得的场变量云图映射至目标零件的3d实体模型上，并根据场变量云图的等值面划分不同区域。
3.根据权利要求2所述的规律性非均匀多孔结构的增材制造方法，其特征在于：所述物理场包括应力场、应变场、流场、声场...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆鑫，薛寅彪，马硕琛，李萌蘖，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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