一种复合结构金属零件及其制备方法与流程

本发明涉及复合结构金属构件及其工艺，尤其涉及一种复合结构金属零件及其制备方法。

背景技术：

3D打印技术是采用材料逐渐积累的方法来制造实体零件的技术，是一种从无到有、自下而上的制造方法。作为一种新型的制造技术，3D打印技术正在越来越深入地应用到工业生产中。代表性的金属3D打印技术也已经投入工业应用。但是，3D打印特别是金属3D打印技术由于其技术特点，现阶段还存在许多问题，无法大规模应用到工业生产中，但金属3D打印零件的许多性能指标都超过了传统工艺制造的零件。

传统的机械制造工艺历史悠久，工艺完备，方法繁多且过程严谨，技术含量深厚，涉及学科广，从业人员多，为现在大规模工业化生产所采用。金属铸造工艺是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上减少了时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，将3D打印技术与铸造工艺的各自优点的有机整合，提出了一种制备工艺简单、力学性能好的复合结构金属零件及其制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种复合结构金属零件，包括作为骨架的多孔结构体1，多孔结构体1由多个单元体连接构成；各单元体为多根支撑体12通过端点彼此连接而成的三维结构框架；

该多孔结构体1的空隙之间填充有金属层2，多孔结构体1与金属层2彼此贴合，并被金属层2包覆在其内。

所述三维结构框架为正六面体或者三角形。

所述支撑体12的截面形状为圆柱形、矩形或者三角形。

所述多孔结构体1为一体成型。

本发明复合结构金属零件的制备方法，包括如下步骤：

采用钛合金粉末，通过SLM金属3D打印完成多孔结构体1的成型；

待成型的多孔结构体1冷却后，将其置于一铸型模具6中；

将浇铸皿4内熔融的金属熔液3沿铸型模具6的浇筑流道5灌注至铸型模具6中，直至灌满；金属熔液3被填充在多孔结构体1的各空隙之间，待冷却凝固后去除铸型模具6，获得复合结构金属零件。

所述多孔结构体1为钛合金，金属熔液3为铝合金金属熔液3。

本发明复合结构金属零件，作为骨架的多孔结构体1，多孔结构体1由多个单元体连接构成；该多孔结构体1的空隙之间填充有金属层2，多孔结构体1与金属层2彼此贴合，并被金属层2包覆在其内。这种结构加强了金属构件的力学性能及质量。

本发明由于创新性地结合了3D打印技术与金属铸造工艺，采用激光选区熔化技术的金属3D打印和已经较为成熟的金属铸造工艺复合，这种技术利用金属3D打印设备加工出钛合金多孔结构体，再将熔融的铝合金浇铸到上，待冷却后得到最终成品。

本发明制备工艺中，金属3D打印成型的高熔点合金强化多孔结构骨架具有一系列致密金属所没有的性能优势，具有高强度、高刚度、良好的减震和能量吸收能力。与单独的铸造金属件相比，复合制造方法加工的混合金属件的力学性能有了飞跃提升；与金属3D打印直接成型件相比，由于铸造过程中金属液的流动性，多孔结构与铸造金属的相互渗透有效地避免了开裂、分辨率差等问题。

本发明基于3D打印与金属铸造复合的高性能金属零件成型方案，是对传统工艺和新制造技术的一次结合与升级。依托传统工艺的成熟、应用的广度和深度，极大地开拓了3D打印技术的应用边界。3D打印与铸造工艺的结合也为其他工艺的创新提供了一种新思路。

附图说明

图1为本发明复合结构金属零件剖面结构示意图。

图2为本发明复合结构金属零件浇铸工艺示意图。

图3为SLM金属3D打印成型的多孔结构体示意图。

图4为本发明多孔结构体整体结构示意图。

图5为本发明多孔结构体局部单元体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-5所示。本发明公开了一种复合结构金属零件，包括作为骨架的多孔结构体1，多孔结构体1由多个单元体连接构成；各单元体为多根支撑体12通过端点彼此连接而成的三维结构框架；

该多孔结构体1的空隙之间填充有金属层2，多孔结构体1与金属层2彼此贴合，并被金属层2包覆在其内。

所述三维结构框架为正六面体或者三角形。实际应用中还可以是其他形状。

所述支撑体12的截面形状为圆柱形、矩形或者三角形。实际应用中还可以是其他形状。

所述多孔结构体1为一体成型，可采用SLM金属3D打印实现，即采用激光选区熔化金属3D打印设备实现，当然也开采用传统铸造工艺实现该多孔结构体1的制备。

金属层2的熔点温度低于多孔结构体1的熔点温度。

金属层2的合金材料包括铝合金、铜合金、银等。

多孔结构体1的合金材料包括钛合金、高温镍合金、工具钢、不锈钢等。

多孔结构体1的支撑体12最细达到0.05mm；根据工艺要求，多孔结构体1的孔隙率可从2％变化至90％。

本发明复合结构金属零件的制备方法，可通过如下步骤实现：

采用钛合金粉末，通过SLM金属3D打印完成多孔结构体1的成型；

待成型的多孔结构体1冷却后，将其置于一铸型模具6中；

将浇铸皿4内熔融的金属熔液3沿铸型模具6的浇筑流道5灌注至铸型模具6中，直至灌满；金属熔液3被填充在多孔结构体1的各空隙之间，待冷却凝固后去除铸型模具6，获得复合结构金属零件。

所述多孔结构体1为钛合金，金属熔液3为铝合金金属熔液3。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。