【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种实现构件轻量化增材制造的方法。
技术介绍
1、轻量化设计是制造业的未来——一方面可以减少碳排放，另一方面可以实现更好的组件性能。简单来说，轻量化设计是在不牺牲可靠性或功能的情况下减少组件中的材料量以降低其整体重量的行为。这在汽车和航空航天行业最为常见，轻量化设计提高了燃油效率并提高了飞机和电动汽车的性能。
2、轻量化设计分为材料轻量化和结构轻量化，在现有结构轻量化设计中，仿生轻量化设计从独特的生物宏微观结构功能和结构尺寸出发，依据相似性原理，采用仿生设计方法和手段获得与原生物具有相似功能和力学特征的结构设计方法，该方法有望获得综合力学性能优异、功能独特的轻质结构，从而满足轻量化需求。caiazzo等利用激光选区熔化(selective laser melting,slm)制造技术制作了泡沫仿生多孔结构，其体积减少了68％；随着参数化设计技术和先进制造技术的发展，具有较强的可设计性和多功能性的胞元结构得到了迅猛发展和应用。朱晓东基于增材制造工艺，采用空间点阵结构实现减震支柱的轻量化设计，减震支柱所受到的最大应力下降16.67％，同时减震支柱的质量下降18％。肖泽锋利用slm技术，对椎间融合器进行基于应力分布的轻量化网格结构设计，使得最大冯·米塞斯应力降低了12.5％；jia等利用slm280选择性激光粉末熔融金属三维打印机打印出来的网格压气机叶轮质量由原来的195.3g下降到149.4g减少20.19％，最大残余应力降低8.72％。拓扑优化是一种根据给定的载荷工况、约束条件和
3、在材料轻量化设计方面，随着轻量化要求较高，现在传统的单一材料零件的性能无法满足其复杂部件严苛的服役环境要求。异质部件的出现为解决这一难题提供了契机，航空航天领域常用材料钛合金、高温镍基合金、铝合金以及铁基合金的大量交叉应用，将多种材料高性能连接，实现具有形状记忆特性和优异力学性能的多功能智能器件，是未来航天器的理想材料.然而，材料间热物理性能的较大差异以及脆性金属间化合物(intermetallic compound,imc)的形成，使异质连接材料的综合性能难以满足实际应用需求。谢勇提出了一种使钢－铝界面形成固溶体的过渡层设计思路，改善了异质界面存在金属化合物层从而降低结合强度的问题；夏邵仇使用fecrcuv高熵合金过渡层成功制备了连接强度达到253mpa的316-fecrcuv-tc4异质界面构件；王建东通过制备原位tic增强ti6al4v复合材料及热处理方法提升tic颗粒体积分数0-50％递增的tic/ti6al4v梯度复合材料的强度与塑性。
4、上述几种经am处理的多材料体系均为层状结构，即只沿一个方向的异质拥有属性结构。这些层状异质结构背后的加工方法和设计动机可能受到am过程的层层沉积特性的限制。为此张天驰等利用激光辅助三维打印(laam)将两种金属材料沉积到一个部分，以形成具有可配置结构的空间异质结构材料(shm)，但不同材料之间的层状结构还是很明显；tan等人利用激光辅助三维打印(laam)将两种金属材料沉积到一个部分，以形成屈服强度ys值(1090mpa)远高于本构材料的具有可配置结构的空间异质结构材料，xingran li等通过采用不同的材料分布模式调整两种本构材料的体积分数，实现了具有多尺度的周期性软-硬-软分层的异质结构材料bhm；li等提出了一个不锈钢316l和inconel625仿生机械连锁结构策略，拓展了裂纹扩展路径，避免了弱界面层的过早破坏。这些方法使得部件在各个方向上有较为均衡的力学性质，然而不同材料的结合面也还是依靠两材料结合时产生的“粘性”相互作用在一起，呈现“泾渭分明”的状态，这对增材制造过程的材料以及工艺的把控要求较为严格。而目前市面上用于生产的增材制造设备大部分难以满足这些条件，故通过多材料来实现轻量化的方法难以大规模应用，迫切需要通过技术创新来解决其所面临的新问题。
5、由异质材料界面结合方法的发展趋势来看，现在除了对材料自身的结合强度的要求外，越来越多的研究开始谋求通过结构的方式来实现异质材料强度的提升，但现有的研究之中，结合面的形式大多还是呈现“线性”的状态，这可能是受增材制造单一材料的惯性影响，在异质材料结合面极易出现裂纹的情况下，线性的过渡反而是劣势。
6、因此，如何提高异质材料界面结合强度，成为了需要进一步研究的课题。
技术实现思路
1、本专利技术的实施例提供一种实现构件轻量化增材制造的方法，能够提高异质材料界面结合强度。
2、为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
3、s1、建立待处理的构件的模型，并对构件的模型进行拓扑优化，其中，所述拓扑优化优化目标位对构件的模型进行轻量化，优化后的构件的模型包括了轻量化结构；其中，传统结构轻量化设计出现的拓扑优化结构较为复杂不利于打印成形所以替换为轻质材料，其他受力较少区域也可以替换为轻质材料，同时结构受力集中区域替换为高性能材料减少普通材料的用量，在满足或提升性能的同时实现构件轻量化设计。本实施例中的轻量化结构的为拓扑优化结构，比如：悬空结构。
4、s2、将构件的模型中存在轻量化结构的区域，替换为轻质材料填充区域，所述轻质材料填充区域覆盖了轻量化结构的区域；
5、s3、在异质材料界面处增加榫卯互锁结构，其中，在榫卯互锁结构中轻质材料构成的突出部分深入主体材料的凹陷部分。
6、s4、对经过s3处理后的待处理的构件的模型进行成形实验，并检测性能。
7、s5、若s4中的性能检测通过，则进行制备试样并再次检测性能。
8、其中，在s3中包括：通过塔型打印方式打印所述榫卯互锁结构，包括：选择轻质材料和主体材料中的一种作为一号材料，按照由底到顶逐层缩小打印面积的方式，打印所述榫卯互锁结构的一号材料的第一部分，所述一号材料的第一部分的边缘形成斜坡；选择轻质材料和主体材料中的与所述一号材料不同的材料作为二号材料，打印所述榫卯互锁结构的二号材料的第一部分，其中，打印成型的所述二号材料的第一部分覆盖了所述一号材料的第一部分的边缘形成的斜坡；按照由底到顶逐层缩小打印面积的方式，打印所述榫卯互锁结构的二号材料的第二部分，所述二号材料的第二部分的边缘形成斜坡；打印所述榫卯互锁结构的一号材料的第二部分，其中，打印成型的所述一号材料的第二部分覆盖了所述二号材料的第二部分的边缘形成的斜坡。
9、在s4中检测性能的过程包括：通过拉伸实验检测轻质材料与主体材料的异质材料界面处的结合强度；若轻质材料和主体材料中采用了至少一种金属材料，则还包括：通过电子显微镜分析异质材料界面处的金属结合层的性质；
10、在s5中检测性能的过程包括：通过拉伸实验检测轻质材料与主体材料的异质材料界面处的结合强度；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现构件轻量化增材制造的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S3中包括：通过塔型打印方式打印所述榫卯互锁结构，包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在S4中检测性能的过程包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在S5中检测性能的过程包括：通过拉伸实验检测轻质材料与主体材料的异质材料界面处的结合强度；和，将打印出的存在轻量化结构的区域的构件与不存在轻量化结构的区域的构件的原件进行对比，并记录对比结果，所述对比结果包括：二者的质量和强度数据。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在一个材料组合中包括制成构件的主体材料和轻质材料，且主体材料的密度大于轻质材料；
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：在所述异质材料界面处增加金属结合层，所述金属结合层在所述待处理的构件的模型的横截面中呈现非直线。
9.根据权
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当构件由至少3种材料制成时，其中的2种材料组成一个材料组合，一个材料组合中的一种材料作为轻质材料，另一种材料作为主体材料。
...【技术特征摘要】
1.一种实现构件轻量化增材制造的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在s3中包括：通过塔型打印方式打印所述榫卯互锁结构，包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在s4中检测性能的过程包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在s5中检测性能的过程包括：通过拉伸实验检测轻质材料与主体材料的异质材料界面处的结合强度；和，将打印出的存在轻量化结构的区域的构件与不存在轻量化结构的区域的构件的原件进行对比，并记录对...
【专利技术属性】
技术研发人员：史建军，戚志鹏，张亮，丁文政，汤成龙，卞荣，徐有峰，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
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