[发明专利]一种无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法

说明书

技术领域

本发明属于金属构件的快速成型技术领域，具体涉及一种无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法。

背景技术

金属蜂窝是一种结构、功能一体化材料，由金属骨架和相间的蜂窝孔组成，因其内部结构含有许多蜂窝状通孔而得名。金属蜂窝具有独特的性能，广泛应用于航空航天、交通运输、能源环保、机械电子等领域，主要起分离、换热、吸声、蓄能、减震等功效。

比如航空发动机排气系统中的重要部件—油气分离器，油气分离器的作用是把排气中的润滑油分离出来以循环利用，它的性能对减少航空发动机滑油的消耗有着重要的意义。我国目前使用的老式叶片式分离器的油气分离效率低（约96%），造成了大量航空润滑油的损耗，导致我国现有飞机有效载荷、飞行半径与国外先进机型具有很大差距。近十年来，国外开发了一种通孔泡沫金属转子，利用泡沫金属大的比表面积、可控的孔结构和优异的透气性能，将润滑油储存在泡沫金属的孔隙中，在离心力的作用下实现油气分离。研究证明将泡沫金属取代老式叶片，使油气分离系数提高至98%以上，并且大大降低了油气分离器的重量。

经大量试验研究发现，将一种孔结构呈锥形蜂窝状有序排列的无焊缝金属蜂窝构件应用于油气分离工艺，其分离效率高达99%，不仅可以使有效载荷和飞行距离得到大大提高，而且污染排放降低6倍以上，是未来航空业的发展方向。

然而，这种整体无焊缝的金属蜂窝构件很难采用常规技术制备。采用传统焊接法制备的金属蜂窝构件是将薄板首先加工成波纹状，再将波纹片焊接连接而成。然而采用传统焊接法制备的金属蜂窝构件在孔的形状与大小方面受到限制，且焊缝的存在使其性能受到严重影响。虽然采用电火花加工法和粉末冶金法也可以制备整体无焊缝的金属蜂窝构件，但是电火花法的加工耗时长，工程造价高，且无法实现孔结构形式的多样化；而粉末冶金法是在金属或合金粉末中加入粘结剂，均匀混合后进行压坯成形，然后将压坯经干燥、脱除粘结剂后再经过烧结而成，因此粉末冶金法的制备工艺繁杂，而且所制金属蜂窝构件存在蜂窝孔结构易变形、坍塌，力学性能低下等问题。

因此，亟需研发一种工艺简单可控，产品性能优异，且能够根据需求任意调整蜂窝孔结构的无焊缝金属蜂窝构件的快速成型方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种工艺简单可控、产品性能优异的无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法。采用该方法成型的金属蜂窝构件整体无焊缝，结构均匀完整，能够根据需求任意调整蜂窝孔结构；不仅解决了采用传统成型工艺制备的金属蜂窝构件普遍存在焊缝的技术缺陷，而且克服了采用传统成型工艺制备的金属蜂窝构件的蜂窝孔结构单一、产品质量低劣的技术瓶颈，具有显著的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法，该方法采用的设备包括电子束快速成型机和与电子束快速成型机相接的计算机，所述电子束快速成型机包括可升降工作台、储粉箱、铺粉器和电子束发生器，所述计算机内装有三维建模软件和切层软件，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据所要成型的无焊缝金属蜂窝构件的结构和尺寸，在计算机中利用三维建模软件建立无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型；

步骤二、将步骤一中建立的无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型导入切层软件中，利用切层软件由上至下对无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型进行切层处理，得到无焊缝金属蜂窝构件的各层切片的截面信息；

所述无焊缝金属蜂窝构件的各层切片依据切层的先后顺序分别为1#切片、2#切片、…、n#切片，其中n为不小于3的正整数；所述无焊缝金属蜂窝构件的各层切片的厚度均为0.04mm～0.18mm；

步骤三、将步骤二中得到的无焊缝金属蜂窝构件的各层切片的截面信息均导入电子束快速成型机中，然后选择基板和金属粉末，并将所选择的基板和金属粉末一起放入电子束快速成型机中，其中基板放置在可升降工作台上，金属粉末放置在储粉箱中；所选择的金属粉末的材质与所要成型的无焊缝金属蜂窝构件的材质相同；

步骤四、在惰性气氛保护下，利用电子束发生器产生电子束，然后利用所产生的电子束对步骤三中放置在可升降工作台上的基板进行预热处理；

步骤五、利用电子束快速成型机制备1#实体片层：