【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金，尤其涉及一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法及其多孔合金螺钉结构。
技术介绍
1、多孔合金螺钉结构通常采用增材制造技术进行制备。在材料选择上，钛合金、铝合金以及镍基合金等高性能合金因其优异的机械性能和耐腐蚀性成为常用的材料。
2、然而，传统的多孔合金螺钉设计往往受限于单一的孔隙结构，难以实现孔隙率与强度的最佳平衡，从而限制了其在特定应用场景下的性能优化，为解决这一问题，虽有研究提出内部实心合金结合外部焊接多孔合金支架的方案，旨在通过内部实心结构提供强度支撑，而外部多孔结构则实现轻量化或其他特定功能，但这种组装方法在实际应用中面临诸多挑战，包括焊接工艺复杂、多孔连通性差以及焊接点应力薄弱等问题，影响了整体结构的稳定性和可靠性。为此，针对该问题，本专利技术提出了一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法及其多孔合金螺钉结构。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法及其多孔合金螺钉结构。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，包括以下步骤：s1、以圆柱体作为多孔合金螺钉结构设计的基础形状；s2、通过ntopology或grasshopper或matlab软件对圆柱体轴面半径r与晶格结构特征参数进行场驱动，构建一个从圆柱体的轴心沿着径向方向向外表面，使孔隙率逐渐增加
3、s3、对设计的模型结构进行3d打印前的模型处理；s4、选择合金材料，通过增材制造技术制造多孔合金螺钉前体；s5、通过喷砂、吹气、超声荡洗去除黏连于多孔结构内的残余合金粉末；s6、对多孔合金螺钉前体进行热处理；s7、对多孔合金螺钉前体的多孔区域进行环氧树脂包埋保护；s8、使用数控车床对多孔合金螺钉前体进行精密加工；
4、s9、对加工完成的多孔合金螺钉进行包埋树脂热处理去除；s10、检测、清洗、消毒、包装。
5、优选地，所述s2步骤中进行场驱动的晶格结构特征参数包括螺旋十二面体的t值，立方体方孔、立方体圆孔、菱形十二面体结构的杆直径，以及晶格结构的立方尺寸,通过调控这些参数，实现整体孔隙率在40％至90％之间，梁径为100-500μm，孔径为200-800μm，且使靠近圆柱体轴心起点区域的孔隙率在50％至70％之间，而靠近圆柱体外圆径终点区域的孔隙率在60％至90％之间。
6、优选地，所述s7步骤中的环氧树脂包埋保护包括：s71、将环氧树脂通过加热、搅拌或添加稀释剂的方式调配至适宜的流动胶体状态；s72、准备与多孔合金螺钉前体相匹配的形状和尺寸的软硅胶支架，将多孔合金螺钉前体置于软硅胶支架内，随后，将多孔合金螺钉前体浸入或喷涂环氧树脂流动胶体中。
7、优选地，所述s9步骤中对包埋树脂热处理去除，包括：s91、将多孔合金螺钉前体置于可控温度的有氧炉中，设定温度为400℃-500℃，进行0.5-1h的加热处理，以去除包埋的环氧树脂；s92、加热完成后，让多孔合金螺钉前体在有氧炉内自然冷却至室温，取出后，仔细检查确认环氧树脂已完全去除。
8、优选地，所述s4步骤中合金材料为ti6al4v钛合金或4级纯钛或钽合金。
9、优选地，所述s4步骤中合金材料的粉末粒径为5-53μm。
10、本专利技术还提供一种增材制造的多孔合金螺钉结构，由合金材料制成的加强部，所述加强部从圆柱体的内部中心长轴向外部柱体边缘，形成一个孔隙率逐渐增大的梯度多孔结构，所述加强部由多个基本单元组成，每个所述基本单元均包括一个连接节点及多个连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个通道。
11、优选地，所述基本单元包括螺旋十二面体、菱形十二面体、立方体方孔或立方体圆孔。
12、优选地，当所述加强部的基本单元为螺旋十二面体时，包括一个连接节点和十二个螺旋形的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个连续的、螺旋形的通道，这里的“连续”指的是通道在空间上没有中断或断裂点，确保了流体或物质能够在通道中顺畅地流动，无需绕过任何障碍，同时，呈螺旋形状的结构通道在受到外部载荷时，能够有效地分散应力和载荷，由于螺旋形的连接臂在空间中以螺旋的方式排列，能够将受到的力沿着螺旋路径逐渐分散到整个结构上，而不是集中在某个局部区域，这种分散应力的效果有助于减少结构的应力集中现象，从而提高结构的整体强度和承载能力。
13、优选地，当所述加强部的基本单元为菱形十二面体时，包含一个连接节点和十二个菱形的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个具有清晰棱角且呈菱形形状的通道，这里的“清晰棱角”指的是相邻两个连接节点以及连接相邻的菱形连接臂在相交处所形成的明确、尖锐的转角或折线，这些转角或折线在视觉上具有清晰的界限，不是圆滑或模糊的过渡，而是呈现出明显的几何形状变化。
14、具体来说，由于连接臂是菱形的，当连接臂在与连接节点相交时，会在相交点处产生两个锐角和两个钝角，这些角度的明确划分就形成了所谓的“清晰棱角”，这些棱角不仅为整个结构增添了独特的几何美感，更重要的是，在力学上也会起到分散应力、增强结构稳定性的作用。
15、优选地，当所述加强部的基本单元为立方体方孔时，包括一个连接节点和四个直角的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个截面呈正方形的通道。
16、优选地，当所述加强部的基本单元为立方体圆孔时，包括一个连接节点和四个圆弧形的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个截面呈圆形的通道。
17、采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
18、1、通过精确控制r值与晶格结构特征参数的场驱动，本专利技术实现了从轴心到外周的连续梯度变化，消除了传统设计中可能存在的明显过渡界面，这种无缝过渡设计不仅优化了力、热、液体等物理量在螺钉内部的传导效率，还进一步增强了螺钉的整体强度与稳定性，使其在各种复杂工况下都能保持优异的性能表现，相较于传统的焊接方法或简单分区多孔设计，本专利技术的连续梯度多孔结构不仅简化了制造工艺，降低了技术门槛，更在保持螺钉强度的同时，实现了轻量化目标，拓宽了多孔合金螺钉在多个领域的应用潜力。
19、2、在多孔螺钉前体进入机加工阶段前，本专利技术采用树脂包埋技术对多孔区域进行精心保护，有效避免了多孔区域的污染，并显著降低了机加工过程中多孔区域表面破损的风险，从而保障了螺钉成品的质量与性能。
20、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中进行场驱动的晶格结构特征参数包括螺旋十二面体的t值，立方体方孔、立方体圆孔、菱形十二面体结构的杆直径，以及晶格结构的立方尺寸,通过调控这些参数，实现整体孔隙率在40％至90％之间，梁径为100-500μm，孔径为200-800μm，且使靠近圆柱体轴心起点区域的孔隙率在50％至70％之间，而靠近圆柱体外圆径终点区域的孔隙率在60％至90％之间。
3.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中合金材料为Ti6Al4V钛合金或4级纯钛或钽合金。
4.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中合金材料的粉末粒径为5-53μm。
5.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述S7步骤中的环氧树脂包埋保护包括：
6.根据权利要求1所述的一种增材
7.一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，通过权利要求1所述的制备方法获得，包括：
8.根据权利要求7所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，所述基本单元包括螺旋十二面体、菱形十二面体、立方体方孔或立方体圆孔。
9.根据权利要求8所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，当所述加强部的基本单元为螺旋十二面体时，包括一个连接节点和十二个螺旋形的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个连续的、螺旋形的通道。
10.根据权利要求7所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，当所述加强部的基本单元为菱形十二面体时，包含一个连接节点和十二个菱形的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个具有棱角且呈菱形形状的通道。
11.根据权利要求7所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，当所述加强部的基本单元为立方体方孔时，包括一个连接节点和四个直角的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个截面呈正方形的通道。
12.根据权利要求7所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，当所述加强部的基本单元为立方体圆孔时，包括一个连接节点和四个圆弧形的连接臂，多个所述连接臂用于连接在相邻的两个所述连接节点之间，相邻的两个所述连接节点以及多个所述连接臂之间形成多个截面呈圆形的通道。
...【技术特征摘要】
1.一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中进行场驱动的晶格结构特征参数包括螺旋十二面体的t值，立方体方孔、立方体圆孔、菱形十二面体结构的杆直径，以及晶格结构的立方尺寸,通过调控这些参数，实现整体孔隙率在40％至90％之间，梁径为100-500μm，孔径为200-800μm，且使靠近圆柱体轴心起点区域的孔隙率在50％至70％之间，而靠近圆柱体外圆径终点区域的孔隙率在60％至90％之间。
3.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述s4步骤中合金材料为ti6al4v钛合金或4级纯钛或钽合金。
4.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述s4步骤中合金材料的粉末粒径为5-53μm。
5.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述s7步骤中的环氧树脂包埋保护包括：
6.根据权利要求1所述的一种增材制造的多孔合金螺钉结构的制备方法，其特征在于，所述s9步骤中对包埋树脂热处理去除，包括：
7.一种增材制造的多孔合金螺钉结构，其特征在于，通过权利要求1所述的制备方法获得，包括：
8.根据权利要求7所述的一种增材制造的多孔...
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