一种铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法

技术特征：
1.一种铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.根据均匀铝微滴喷射与钛合金微杆交互打印工艺特征，设计(近)零热膨胀点阵的胞元结构，确定三角形胞元各条边的直径、三角形的内角角度及边长；设计步骤如下：1.1匹配两种材料的打印分辨率，确定三角形胞元各条边的直径根据钛合金微杆的直径d1确定铝微滴直径d
d
，确保喷出的铝微滴直径不小于钛合金微杆的直径；1.2根据所需达到的近零膨胀要求，计算三角形胞元的内角角度根据拉伸型(近)零热膨胀三角形的设计原则，采用预设的三角形胞元热膨胀系数α
h
，确定出(近)零热膨胀三角形胞元的底角θ，θ为等腰三角形胞元斜边与底边垂线的夹角，0<θ<90
°
；其中，α1为铝合金的热膨胀系数，α2为钛合金材料的热膨胀系数；1.3计算三角形胞元三条边的长度1.3.1根据步骤1.1确定的三角形胞元各条边的直径和步骤1.2确定的三角形胞元的内角角度，确定嵌入钛合金微杆的长度l1，且l1/d1≤10；1.3.2根据三角形胞元的斜边与底边的关系，计算铝合金底边长度l，l＝2l1sinθ；1.4对实际打印三角形胞元的边长及角度进行温度补偿，补偿t1＝t
s-t0温度变化下两种材料的热膨胀长度，其中，t
s
为基板温度，t0为常温；在基板温度t
s
下，嵌入钛合金微杆的实际长度l1’
＝l1(1 α2t1)；定义该打印温度下(近)零热膨胀三角形的实际夹角为θ δθ，则根据三角形的几何关系，三角形底边实际打印长度l’＝2l1(1 α2t1)sin(θ δθ)，而又根据l’＝2l1sinθ(1 α1t1)，联立两式即可得到三角形实际所打印的夹角为：步骤2.基于步骤1设计的(近)零热膨胀点阵的胞元结构，通过均匀微滴的喷射，在基板上按照规划的轨迹，逐点、逐线、逐面地打印出铝合金底边结构；步骤3.按照步骤1设计的(近)零热膨胀点阵的胞元结构，将钛合金微杆放置于步骤2打印的铝合金底边结构上；步骤4.采用均匀铝微滴喷射技术，向步骤3已定位的钛合金微杆上的两端钛/铝连接处沉积液滴，得到铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构。2.根据权利要求1所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于：步骤3中，在使用钛合金微杆前，需对钛合金微杆进行抛光，超声清洗，去除表面污垢及氧化皮。3.根据权利要求2所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的
方法，其特征在于，还包括：步骤5.打印完成后，进行热处理。4.根据权利要求1-3任一所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于：在步骤2和步骤4中，调整均匀微滴喷射3d打印设备的加热基板和三维运动平台，以调整基板温度t
s
和打印步距w，其中，0<w<d
s
；w为两颗相邻铝液滴间的中心距，d
s
为单颗铝微滴在基板上沉积平衡态时的球冠或球缺的直径，确保相邻铝微滴间熔合效果及打印线路的均匀平整。5.根据权利要求4所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于，步骤2具体为：在均匀微滴喷射3d打印设备上，放置定位块，将打印胞元的基板装夹于定位块指定位置，然后定位块固定于加热基板上；移动三维运动平台至喷头底部5mm处，确定初始打印点的位置，在基板上按照规划轨迹移动三维运动平台打印铝合金底边结构。6.根据权利要求5所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于，步骤3具体为：将预处理后的钛合金微杆放置于铝合金底边结构上，使得两根钛杆一端分别与步骤2中打印的铝合金结构两端相接，另一端相互接触，共同构成三角形。7.根据权利要求6所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于，步骤4具体为：将已经嵌入钛合金微杆的铝合金结构再次放置于初始装夹位置，以原设定的初始点作为定位原点，在钛/铝连接位置进行铝微滴沉积，实现铝合金结构与钛合金微杆的直接冶金结合，得到铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构。8.根据权利要求7所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于：步骤1)设计时，结合均匀铝微滴喷射与钛合金微杆交互打印工艺特征，设计(近)零热膨胀点阵结构。9.根据权利要求8所述铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，其特征在于：步骤2打印时，将设计的(近)零热膨胀点阵结构中的铝合金底边结构依次打印；然后重复步骤3和步骤4，完成(近)零热膨胀点阵结构整体打印。

技术总结
本发明提供了一种铝微滴喷射/钛合金微杆交互沉积成形(近)零膨胀多胞结构的方法，解决现有尚无法有效成型热物性差异大的双金属(近)零热膨胀点阵的不足之处。本发明通过铝微滴喷射与钛合金杆件交互沉积成形出(近)零热膨胀点阵胞元，在铝微滴打印过程中，实现钛合金单元的定制化嵌入，可解决两种热物性差异大的金属材料难以直接在熔融状态下交互沉积成形的难题，为航天航空用轻量化近(零)热膨胀点阵的成形提供新方法，实现双金属材料(近)零热膨胀点阵的增材制造。膨胀点阵的增材制造。膨胀点阵的增材制造。


技术研发人员：罗俊 豆毅博 齐乐华 李贺军 崔俊星
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/4/12