【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于点阵金属的增材制造，具体涉及一种4d打印双向智能温控点阵结构及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着航天航空技术的高速发展，飞行器发展日趋高速化、高端化以及精密化。点阵结构因其轻质、比密度大、比刚度高的结构特点受到航空航天领域的广泛关注，点阵金属不仅具有轻量化的特点，同时基于功能驱动的点阵金属设计可赋予结构更多的功能特性。
2、但由于高速飞行带来了严重的气动加热现象，当飞行速度超过6马赫时，机体前缘温度将超过1000k，如此高温环境对飞行器的安全飞行造成严重威胁，也限制了高速航天飞行器的进一步迭代升级。目前点阵结构多功能化主要集中在减振降噪、缓冲吸能等方面，在温度调控方面还研究较少。
3、镍钛合金由于其优异的形状记忆效应和超弹特性，使其在航空航天领域具有较高的应用潜力，利用镍钛合金形状记忆效应将赋予点阵结构智能温控的功能特性，即利用形状记忆合金感知环境温度变化，使点阵结构智能开合以实现温度控制成为可能。目前，利用镍钛合金的形状记忆效应，使闭孔的点阵结构在环境温度升高时自动打开，温度降低时自动闭合以此控制冷却液流出速度，达到智能温控的效果，这种通过点阵结构智能开合实现温度控制的设计理念在航空航天领域鲜有报道。同时，现有的镍钛形状记忆合金材料相变温度普遍较低，难以匹配航空航天飞行器飞行过程中温控功能的应用要求，可实现双向智能温控的点阵结构更是不为公众所熟知。
4、镍钛合金具有超弹特性和高韧性的材料属性，使其加工时极易磨损刀具，传统的加工技术难以制备诸如点阵金属等复杂构型结构，这也使
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：提供一种4d打印双向智能温控点阵结构及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种4d打印双向智能温控点阵结构，所述的4d打印双向智能温控点阵结构包括若干个微孔点阵单胞，微孔点阵单胞沿x，y，z方向进行阵列和镜像后得到4d打印双向智能温控点阵结构；所述的微孔点阵单胞为截角八面体沿水平方向拉伸获得的点阵单胞或沿水平方向压缩获得的点阵单胞，所述微孔为水平方向拉伸的菱形微孔、水平方向压缩的菱形微孔、水平方向拉伸的正方形微孔或水平方向压缩的正方形微孔中的一种，所述的截角八面体为内部镂空的正八面体截角所得。
4、进一步，沿水平方向拉伸获得的点阵单胞长∶宽∶高为2~4∶1∶1，沿水平方向拉伸获得的点阵单胞长度为5mm~30mm，所述水平方向拉伸的菱形微孔两条对角线长度比为2~4∶1，水平方向拉伸的菱形微孔短对角线尺寸为0.2mm~1mm，水平方向拉伸的正方形微孔对角线尺寸为0.2mm~1mm；沿水平方向压缩获得的点阵单胞长∶宽∶高为0.25~0.5∶1∶1，沿水平方向压缩获得的点阵单胞长度为5mm~10mm，水平方向压缩的菱形微孔两条对角线长度比为0.25~0.5∶1，水平方向压缩的菱形微孔短对角线尺寸为0.2mm~1mm，水平方向压缩的正方形微孔对角线尺寸为0.4mm~4mm，所述4d打印双向智能温控点阵结构孔隙率范围为15%~65%，点阵结构板壳厚度为1.5mm~4.4mm。
5、进一步，在环境温度达到预设温度时，点阵结构自动打开，冷却液可由点阵开孔处流出，当环境温度低于预设温度时点阵结构自动闭合，所述预设温度为80℃~110℃。
6、进一步，一种4d打印双向智能温控点阵结构的制备方法，采用选区激光熔化增材制造工艺制备加工，具体步骤如下：
7、步骤一、采用三维设计软件对所述点阵结构进行孔型结构工艺适应性设计，建立点阵结构三维模型；
8、步骤二、采用切片软件对步骤一中建立的点阵结构三维模型进行切片化处理，采用低体能量密度、高扫描速度为特征的选区激光熔化增材制造工艺制备点阵结构；
9、步骤三、对步骤二所获得的点阵结构沿垂直工作面方向进行准静态压缩至开孔闭合后保压，卸载后将闭孔的点阵结构升温，再降温至室温后对获得的点阵结构重复如上操作15~50个循环后，获得最终的4d打印双向智能温控点阵结构。
10、进一步，步骤二所述低体能量密度为26.67j/mm3~125j/mm3，高扫描速度为800mm/s~1500mm/s；激光功率100w~300w，扫描间隔20μm~125μm，扫描角度45°~90°，层厚20μm ~50μm。
11、进一步，步骤三准静态压缩的压力为450mpa~750mpa，保压时间为10s~20s，升温至温度为120℃~200℃。
12、进一步，制备所述的4d打印双向智能温控点阵结构的基体材料为镍钛形状记忆合金粉体，镍钛形状记忆合金粉体中镍元素质量分数为54.2%~54.8%，粉体粒径为15μm ~53μm。
13、进一步，所述4d打印双向智能温控点阵结构用于制备航天飞行器高温服役零部件。
14、本专利技术有益效果：
15、1、双向智能开合：本专利技术将点阵金属设计与形状记忆合金相结合，采用镍元素质量分数为54.2~54.8%的镍钛合金粉体，利用镍钛合金在温度激励条件下的形状记忆效应，结合选区激光熔化增材制造工艺特性一体化成型了4d打印双向智能温控点阵结构，在温度激励条件下本专利技术制备的双向智能温控点阵结构可智能开合，冷却液可根据环境温度高低控制是否由点阵结构开孔处流出。
16、2、预设温度高：本专利技术通过合金成分设计和增材制造工艺调控实现了智能温控点阵开关预设温度的有效提高，智能温控双向点阵结构开关预设温度可在80℃~110℃区间自由调控，该温度接近此类形状记忆合金材料响应温度极值，有效拓宽了镍钛形状记忆合金在航空航天领域的应用范围。
17、3.冷却液流速可控：本专利技术设计了一种开孔尺寸较小的智能温控双向点阵结构，模型开孔最小对角线尺寸仅为0.2mm~1mm，将增材制造点阵结构后处理成型后，点阵开孔最小对角线尺寸可依据环境温度在0mm~1mm范围内智能变化，点阵开孔尺寸变化可有效控制冷却液流速，满足智能温控双向点阵结构在航空航天领域的应用要求。
18、4、可设计性强：本专利技术采用选区激光熔化增材制造工艺制备智能温控双向点阵结构开关，在航空航天飞行器等应用过程中可根据应用需求，自由调整双向点阵结构开关外观形貌，具有极高的设计自由度。同时依托增材制造工艺的工艺特点，制备过程中无模具加工，不受合金体系和工件形状的制约，对于复杂构型智能温控双向点阵结构开关具有极高的成型自由度。
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1.一种4D打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，所述的4D打印双向智能温控点阵结构包括若干个微孔点阵单胞，微孔点阵单胞沿x，y，z方向进行阵列和镜像后得到4D打印双向智能温控点阵结构；所述的微孔点阵单胞为截角八面体沿水平方向拉伸获得的点阵单胞或沿水平方向压缩获得的点阵单胞，所述微孔为水平方向拉伸的菱形微孔、水平方向压缩的菱形微孔、水平方向拉伸的正方形微孔或水平方向压缩的正方形微孔中的一种，所述的截角八面体为内部镂空的正八面体截角所得。
2.根据权利要求1所述4D打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，沿水平方向拉伸获得的点阵单胞长∶宽∶高为2~4∶1∶1，沿水平方向拉伸获得的点阵单胞长度为5mm~30mm，所述水平方向拉伸的菱形微孔两条对角线长度比为2~4∶1，水平方向拉伸的菱形微孔短对角线尺寸为0.2mm~1mm，水平方向拉伸的正方形微孔对角线尺寸为0.2mm~1mm；沿水平方向压缩获得的点阵单胞长∶宽∶高为0.25~0.5∶1∶1，沿水平方向压缩获得的点阵单胞长度为5mm~10mm，水平方向压缩的菱形微孔两条对角线长度比为0.25~0.5∶1，水平方向压缩的菱形微
3.根据权利要求1所述的4D打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，在环境温度达到预设温度时，点阵结构自动打开，冷却液可由点阵开孔处流出，当环境温度低于预设温度时点阵结构自动闭合，所述预设温度为80℃~110℃。
4.一种4D打印双向智能温控点阵结构的制备方法，采用选区激光熔化增材制造工艺制备加工如权利要求1所述的4D打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述4D打印双向智能温控点阵结构的制备方法，其特征在于，步骤二所述低体能量密度为26.67J/mm3~125J/mm3，高扫描速度为800mm/s~1500mm/s；激光功率100W~300W，扫描间隔20μm~125μm，扫描角度45°~90°，层厚20μm~50μm。
6.根据权利要求4所述4D打印双向智能温控点阵结构的制备方法，其特征在于，步骤三准静态压缩的压力为450MPa~750MPa，保压时间为10S~20S，升温至温度为120℃~200℃。
7.根据权利要求1所述4D打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，制备所述的4D打印双向智能温控点阵结构的基体材料为镍钛形状记忆合金粉体，镍钛形状记忆合金粉体中镍元素质量分数为54.2%~54.8%，粉体粒径为15μm~53μm。
8.一种4D打印双向智能温控点阵结构的应用，采用如权利要求1所述的4D打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，所述4D打印双向智能温控点阵结构用于制备航天飞行器高温服役零部件。
...【技术特征摘要】
1.一种4d打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，所述的4d打印双向智能温控点阵结构包括若干个微孔点阵单胞，微孔点阵单胞沿x，y，z方向进行阵列和镜像后得到4d打印双向智能温控点阵结构；所述的微孔点阵单胞为截角八面体沿水平方向拉伸获得的点阵单胞或沿水平方向压缩获得的点阵单胞，所述微孔为水平方向拉伸的菱形微孔、水平方向压缩的菱形微孔、水平方向拉伸的正方形微孔或水平方向压缩的正方形微孔中的一种，所述的截角八面体为内部镂空的正八面体截角所得。
2.根据权利要求1所述4d打印双向智能温控点阵结构，其特征在于，沿水平方向拉伸获得的点阵单胞长∶宽∶高为2~4∶1∶1，沿水平方向拉伸获得的点阵单胞长度为5mm~30mm，所述水平方向拉伸的菱形微孔两条对角线长度比为2~4∶1，水平方向拉伸的菱形微孔短对角线尺寸为0.2mm~1mm，水平方向拉伸的正方形微孔对角线尺寸为0.2mm~1mm；沿水平方向压缩获得的点阵单胞长∶宽∶高为0.25~0.5∶1∶1，沿水平方向压缩获得的点阵单胞长度为5mm~10mm，水平方向压缩的菱形微孔两条对角线长度比为0.25~0.5∶1，水平方向压缩的菱形微孔短对角线尺寸为0.2mm~1mm，水平方向压缩的正方形微孔对角线尺寸为0.4mm~4mm，所述4d打印双向智能温控点阵结构孔隙率范围为15%~65%，点阵结构板壳厚度为1.5mm~4.4mm。
3.根据权利要求1所述的4d打印双向智能温控点阵结构，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏彦鹏，马英纯，苗治全，于波，李怀乾，周浩然，成京昌，时坚，高鹏，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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