[发明专利]一种微孔泡沫铜的激光快速制作方法

说明书

技术领域

本发明属于激光快速成型（增材制造或3D打印）技术应用领域，具体涉及一种微孔泡沫铜的激光快速制作方法。

背景技术

泡沫金属材料，又称多孔质金属材料，在空气过滤器、消声器、静压主轴、导轨等产品中有着大量的应用需求，如在静压主轴和导轨中，由于压力气体通过多孔质材料时产生的节流效应比一般其它节流形式效果更好，因此可以大大提高静压支承的承载能力。目前多孔质泡沫金属材料的制备主要采用粉末冶金法和熔体发泡法，但是均存在制备工艺复杂、制造周期长、加工成本高、孔隙特征难以控制等技术与工艺瓶颈，因而严重阻碍了推广应用。

传统的泡沫铜制备技术对操作人员技能要求很高，而且还涉及到模具的制作，成本高、风险大，很难获得具有微米孔隙特征的泡沫铜。一般来说，传统的泡沫铜制备均需要大量的金属原材料、大型熔炼炉、铸造模具或粉末冶金模具，工序多、周期长、成本高，无法实现泡沫铜的高效快速制备；最大问题是难以实现材料制备与零件成型一体化，而泡沫铜金属件的机械加工又非常困难；而且传统方法的原材料利用率低、能耗高，无法实现泡沫铜的绿色制造，与当前我国对制造业提出的节能环保要求相矛盾。

激光快速原型技术是20世纪80年代初发展起来的一种先进制造技术，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。激光快速原型技术具有很快的市场响应速度和很高的加工柔性，理论上不需要任何工模具便可以制造出任意复杂形状零部件，最为重要的就是可以同步实现材料制备与零件成型，而且几乎是等量成型、材料利用率很高，特别适合于制备泡沫金属材料。由于激光能量密度高、焦斑尺寸小，因而利用激光快速原型技术，有望获得具有微米孔隙特征的泡沫金属铜，而且孔隙特征（如孔隙大小、孔隙分布、孔隙形状、孔隙率等）可得到有效地控制，可为微孔泡沫金属（如铜及铜合金）材料制备提供一种全新的高效绿色制造技术，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微孔泡沫铜的激光快速制作方法。采用本发明，可以以微细雾化铜粉为原始材料，完成具有微米孔隙特征或任意复杂形状与结构的泡沫铜材料的激光快速制备。

本发明的微孔泡沫铜的激光快速制作方法，包括：

（a）基于熔体发泡原理和孔隙特征要求，以球形气雾化铜粉为主体材料，以微细铜磷粉或二氢化钛为发泡材料，确定发泡微细铜基金属粉末的组份、配比与粒度搭配；

（b）利用机械合金化方法，合理设置球料比、磨球大小、球磨速度、球磨时间、旋转方向、间隔时间等球磨工艺参数，制备具有发泡性能的微细铜基金属粉末；

（c）根据所需制备泡沫铜材料的几何信息，利用Pro/E、UG等通用三维CAD建模软件进行零件的三维建模，设计所需的三维CAD数学模型，并将模型保存为STL文件格式；

（d）将三维CAD数学模型的STL文件输入快速成型专用数据处理软件进行分层处理，保存为CLI格式文件；

（e）将CLI格式文件输入快速成型路径规划软件，设置扫描间距、扫描路径和扫描策略，输出AFI格式文件；

（f）将AFI格式文件输入激光快速成型设备，设置成型工艺参数，完成微孔泡沫铜材料与零件的同步制作；

（g）将泡沫铜零件从激光快速成型设备中取出，进行清理，去除表面多余的金属粉末；

（h）利用线切割将清理过的泡沫铜零件从金属基板上取下来，并进行适当的表面处理后即得到所需的微孔泡沫铜材料或零件。

本发明的微孔泡沫铜激光快速制作方法，具有以下特点：

1.不需要任何工模具，制造工艺简单，可快速完成微孔泡沫铜的制作，而且几乎可以实现等量成型，原材料几乎没有浪费，经济效益好，因而有望成为一种普遍应用的多孔质泡沫金属铜制作方法。

2.加工柔性高，可以加工出任意复杂形状的多孔泡沫铜金属零件，这是传统泡沫金属制备方法难以做到的。

3.制备的微米泡沫铜材料内部具有大量的分布均匀的相互贯通的孔隙大小为30um以下的微米级孔洞，具有良好的渗透系数和节气效果。

4.传统的泡沫铜制备作方法对人的依赖性很高，需要经过长时间培训的专业技艺人员，而且难以制备出微米孔隙特征的泡沫铜材料。而且依赖传统工艺，要同步实现微孔泡沫铜的制备与成型，在制造的技术和成本上是几乎不可能的。