[发明专利]一种螺旋仿生抗冲击结构及其制备方法

权利要求书

1.一种螺旋仿生抗冲击结构，其特征在于，螺旋仿生抗冲击结构为直径d的圆柱体，结构中心轴线方向具有直径d₁的中央孔道；所述螺旋仿生抗冲击结构由孔管段和微小孔隙小管段构成，其中微小孔隙小管段占据螺旋仿生抗冲击结构两端面，孔管段处于中间位置；孔管段各横截面上呈现孔管围绕中央孔道的等距螺旋形图案分布，等距螺旋形图案具体形貌为多条等角度等间距螺旋线，起点位于中央孔道截面线，终点位于圆柱外表面截面线，该等间距螺旋线为基准线，孔管横截面为圆形并均布于等间距螺旋线上；微小孔隙小管横截面为圆形，六个微小孔隙小管均布围绕一个微小孔隙小管形成一个六边形单元，对应于每一个孔管位置，微小孔隙小管段上均有一个六边形单元；位于六边形单元中心位置的微小孔隙小管与孔管段的孔管同心，六边形单元内中心位置的微小孔隙小管圆心与相邻两微小孔隙小管圆心连接形成一条三孔连心直线，要求至少一条三孔连心直线方向与螺旋仿生抗冲击结构横截面径向方向重合。

2.如权利要求1所述的一种螺旋仿生抗冲击结构，其特征在于，圆柱体直径d为5cm～10cm，中央孔道直径d₁为5mm～2cm；中央孔道直径d₁为圆柱体直径d的1/20～1/5。

3.如权利要求1所述的一种螺旋仿生抗冲击结构，其特征在于，两端微小孔隙小管段高度H₁为圆柱体总高度H的1/4～1/3。

4.如权利要求1所述的一种螺旋仿生抗冲击结构，其特征在于，多条等角度等间距螺旋线的匝间距m为1mm～40mm；孔管半径r为0.3～5mm，且r＜m/2n，相邻孔管圆心间距L＝3×r，m为匝间距，n为等间距螺旋线数量。

5.如权利要求1所述的一种螺旋仿生抗冲击结构，其特征在于，微小孔隙小管半径r₁＝0.26×r，r为孔管半径；六边形单元内相邻微小孔隙小管距离L₁＝0.65×r。

6.如权利要求1所述的一种螺旋仿生抗冲击结构，其特征在于，所述螺旋仿生抗冲击结构中各相邻孔管之间，相邻微小孔隙小管之间不得相交；为保证中央孔道内壁和螺旋仿生抗冲击结构外表面完整性，微小孔隙小管和孔管不得与中央孔道内壁和螺旋仿生抗冲击结构外表面相交。

7.如权利要求1所述的一种螺旋仿生抗冲击结构的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)根据应用条件和零件尺寸要求，设计相应零件的三维CAD模型，对孔管段和微小孔隙小管段的螺旋结构设计，并将相应模型数据导入增材制造设备；

(2)启动相应增材制造设备，基于CAD模型进行选择性融化粉末，对单个截面层进行制造；激光使用简单线性光栅扫描策略，在此期间需使用惰性气体保护；

(3)在进行下一层制造时，扫描路径绕螺旋仿生抗冲击结构中心轴旋转，转角θ为6°～24°；

(4)保持增材制造设备开启，重复步骤(2)和(3)直至制造完成。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，单个截面层的螺旋结构设计包括中央孔道直径d₁，等间距螺旋线匝距m，孔管半径r，相邻孔管圆心间距L，微小孔隙小管半径r₁，六边形单元内相邻微小孔隙小管距离L₁，以及由此产生的微小孔隙小管和孔管的分布。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，使用的激光增材制造设备包括但不局限于送粉式或铺粉式激光增材制造设备；利用激光加热材料粉末，激光功率P为50W～2000W，若为铺粉式，激光扫描速度v为200mm/s～5000mm/s，若为送粉式，送粉速度v₁为100mm/min～1200mm/min。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，使用的粉末材料为形状记忆合金或形状记忆树脂，进一步提高弹性与减震性能，每层截面层的金属粉末层厚度s为10μm～60μm。