【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属结构制备，具体涉及一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法。
技术介绍
1、3d打印是最近二十年快速发展起来的一种制造技术，可以实现金属、塑料、混凝土等产品的快速制造，并且在工业生产中得到越来越广泛的应用，3d打印方法制备金属结构常用的热源有激光束、电子束、等离子电弧等。
2、在专利号：wo2001091924a1激光选取烧结方法中，该专利提供的方法是首先在基材表面上均匀铺洒一层金属粉末，然后根据目标结构的横截面对金属粉末进行选区熔化烧结。然后再铺洒一层金属粉末，再进行激光选区熔化烧结，依次逐层进行，最终形成完整的目标三维结构。该方法的缺点是生产效率低，因为该过程需要逐层铺粉、逐层熔化烧结。另外，该方法制备的结构的表面粗糙度跟使用的粉末的粒径有很大关系，这就要求使用较小粒径的粉末，从而带来制造成本的上升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其生产效率高且成本低。
2、本专利技术提出一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其改进之处在于，包括以下步骤：
3、s10.将丝径在0.8mm～4mm的金属材质的丝材的自由端牵引至基材上的第一目标焊点，将功率不大于2000w的激光束的焦点对齐第一目标焊点进行点焊，使丝材的一端焊接在基材上，所述激光束的曝光时间为0.04s～0.4s；
4、s20.将丝材朝向基材上的第二目标焊点牵引，使丝材与基
5、s30.在第二目标焊点处以持续时间为1ms～10ms的单脉冲激光或以脉冲周期为1ms～1s、作用时间为10～100个脉冲周期、峰值功率为200w～2000w的多脉冲激光实现丝材的切断；
6、s40.重复步骤s10～s30，在基材上搭建所需结构的金属桁架。
7、本专利技术较优的技术方案：所述步骤s10和步骤s20中，丝材在第一目标焊点和第二目标焊点焊接结束后，沿丝材轴向对丝材施加2kgf～40kgf的压力，同时以功率为200w～2000w的激光束在目标焊点周边的丝材上沿丝材轴向做往复扫描运动，往复扫描运动的振幅为0.1mm～2mm，频率为50hz～250hz。
8、本专利技术较优的技术方案：激光束在丝材上做往复扫描运动的期间，向激光作用区内通入流量为5l/min～15l/min的保护气体；保护气为氩气、氦气、二氧化碳、氮气或以上两种或以上多种气体组成的混合气。
9、本专利技术较优的技术方案：所述保护气在激光作用区为层流状态，保护气层流束的截面积大于激光焊接熔池最大尺寸的5倍。
10、本专利技术较优的技术方案：所述步骤s30中激光切断丝材时，沿垂直于丝材的方向通入压力为0.2mpa～0.6mpa的窄细压缩气流束。
11、本专利技术较优的技术方案：当需要在基材上搭建平面结构时，采用以下步骤：
12、s100.将多个丝材以步骤s10～步骤s30的方法互相平行的焊接在基材上，且相邻丝材之间为接触状态；
13、s200.以功率为200w～2000w、移动速度为0.5m/min～5 m/min的激光束对相邻丝材之间的连接处焊接，使相邻丝材间实现整个丝材长度的连接；
14、s300.沿丝材的轴向以能量密度为105w / cm²～108w / cm²的激光束对丝材进行摆动扫描，激光束摆动的频率为30hz～300hz，且激光束摆动的振幅至少为丝材直径的2.5倍；
15、s400.根据所述平面结构所需的尺寸，重复步骤s100～步骤s300，完成单层或多层的焊接，形成所需的平面结构。
16、本专利技术较优的技术方案：当丝杆材质为铝、镁、铍及其合金时，所述步骤s100～步骤s200的焊接过程可采用激光束和变极性等离子弧复合焊接，其中激光束功率不大于2000w，曝光时间为0.04s～0.4s，变极性等离子弧的电流脉冲频率为100hz～500hz，正极性电流为5a～50a，反极性电流为3a～30a。
17、本专利技术较优的技术方案：当丝杆材质为铝、镁、铍及其合金时，所述步骤s100～步骤s200的焊接过程可采用变极性等离子弧焊接，变极性等离子弧的频率为100hz～500hz，正极性电流不超过100a，反极性电流不超过50a。
18、本专利技术较优的技术方案：所述步骤s300中对丝材扫描焊接可采用激光束和等离子弧复合焊接，激光束和等离子弧的功率之比为1:1～1:3。
19、本专利技术较优的技术方案：所述步骤s300中对丝材扫描焊接可采用变极性等离子弧焊接，变极性等离子弧的电弧功率为200w～6000w，正极性电流为10a～150a。
20、本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用高能束作为热源，利用高能束热源进行丝材的切断和焊接，最终实现三维金属桁架结构的制备。本方法由于采用丝材作为原材料，成本更低，生产效率更高。另外，在结构制备过程中不需要丝材全部熔化，快速提高生产效率的同时，还可以大大降低制造过程中的热输入，进一步的降低成本。
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1.一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述步骤S10和步骤S20中，丝材在第一目标焊点和第二目标焊点焊接结束后，沿丝材轴向对丝材施加2kgf～40kgf的压力，同时以功率为200w～2000w的激光束在目标焊点周边的丝材上沿丝材轴向做往复扫描运动，往复扫描运动的振幅为0.1mm～2mm，频率为50Hz～250Hz。
3.根据权利要求2所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：激光束在丝材上做往复扫描运动的期间，向激光作用区内通入流量为5L/min～15L/min的保护气体；保护气为氩气、氦气、二氧化碳、氮气或以上两种或以上多种气体组成的混合气。
4.根据权利要求3所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述保护气在激光作用区为层流状态，保护气层流束的截面积大于激光焊接熔池最大尺寸的5倍。
5.根据权利要求1所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于
6.根据权利要求1所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于，当需要在基材上搭建平面结构时，采用以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：当丝杆材质为铝、镁、铍及其合金时，所述步骤S100～步骤S200的焊接过程可采用激光束和变极性等离子弧复合焊接，其中激光束功率不大于2000W，曝光时间为0.04s～0.4s，变极性等离子弧的电流脉冲频率为100Hz～500Hz，正极性电流为5A～50A，反极性电流为3A～30A。
8.根据权利要求6所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：当丝杆材质为铝、镁、铍及其合金时，所述步骤S100～步骤S200的焊接过程可采用变极性等离子弧焊接，变极性等离子弧的频率为100Hz～500Hz，正极性电流不超过100A，反极性电流不超过50A。
9.根据权利要求6所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述步骤S300中对丝材扫描焊接可采用激光束和等离子弧复合焊接，激光束和等离子弧的功率之比为1:1～1:3。
10.根据权利要求6所述的一种利用高能束3D打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述步骤S300中对丝材扫描焊接可采用变极性等离子弧焊接，变极性等离子弧的电弧功率为200w～6000w，正极性电流为10A～150A。
...【技术特征摘要】
1.一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述步骤s10和步骤s20中，丝材在第一目标焊点和第二目标焊点焊接结束后，沿丝材轴向对丝材施加2kgf～40kgf的压力，同时以功率为200w～2000w的激光束在目标焊点周边的丝材上沿丝材轴向做往复扫描运动，往复扫描运动的振幅为0.1mm～2mm，频率为50hz～250hz。
3.根据权利要求2所述的一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：激光束在丝材上做往复扫描运动的期间，向激光作用区内通入流量为5l/min～15l/min的保护气体；保护气为氩气、氦气、二氧化碳、氮气或以上两种或以上多种气体组成的混合气。
4.根据权利要求3所述的一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述保护气在激光作用区为层流状态，保护气层流束的截面积大于激光焊接熔池最大尺寸的5倍。
5.根据权利要求1所述的一种利用高能束3d打印制备金属桁架结构的方法，其特征在于：所述步骤s30中激光切断丝材时，沿垂直于丝材的方向通入压力为0.2mpa～0.6mpa的窄细压缩气流束。
6.根据权利要求1所述的一种利用高能束3d打印制备金属桁架结...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞·弗拉基米尔，刘自刚，徐睦忠，晁婷，哈斯金·弗拉基斯拉夫，格雷纽克·安德里，佩雷申科·斯维亚托斯拉夫，阿列申·安德里，伊利亚申科·叶夫格尼，
申请(专利权)人：浙江巴顿焊接技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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