【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光粉末床熔融增材制造領域，具體涉及一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構及其lpbf自適應輸入制造方法。
技術介紹
1、多孔結構由于具有輕量化、良好的隔熱性能、高吸波減震能力、良好的骨整合能力被廣泛應用于精密零部件、航空航天和醫療植入體領域。然而，隨著孔隙率的增加，多孔結構的力學性能會有所降低，尤其是結構設計不合理時會造成較大的應力集中，導致提前斷裂失效。為了解決這一問題，多孔結構的宏觀梯度變化被設計并引入制備，其中，梯度的含義涉及到孔型變化、孔隙率變化、和尺寸變化等方面，且梯度結構通常具有不同于均勻結構的力學變形行為，并能符合不同應用場景下對多孔結構功能性的要求。
2、通過激光粉末床熔融(laser?powder?bed?fusion，lpbf)3d打印方法可以完成梯度多孔結構的高精度制備，但是對于微細的多孔結構的制備在3d打印方面仍是難題。在快速熔化和冷卻過程中，復雜的多孔結構會產生較大的熱應力，連接節點在制造過程中橫截面的快速變化會導致熔池不穩定，從而在熔化過程中產生飛濺，進而產生氣孔，孔隙量較多。當多孔結構支柱處于懸垂時，階梯效應導致熱流方向改變，熱應力分布不均，常常翹曲變形、黏粉增多導致成形質量差。急需解決上述問題的解決方案。
3、目前解決角度懸垂結構的方法主要集中在激光參數的優化、掃描策略的優化方面。專利cn114565745a通過懸垂特征的掃描路徑分區域規劃方法來自適應地分配激光功率、掃描速度和掃描路徑，這種優化的工藝參數分配有助于提高零件的整體質量和性能。但是懸垂范圍是
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于避免現有技術中的不足之處而提供一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，該梯度多孔結構的lpbf成形方法采用參數化設計方法得到兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構，隨后通過lpbf增材制造技術制得兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構，得到的兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構能夠更好地模擬自然骨骼的力學特性，提供優異的生物力學適應性。
2、為實現上述目的，本專利技術提供以下技術方案：
3、提供一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，包括以下步驟：
4、步驟一、參數化數字化設計：使用rhino軟件自帶的grasshopper插件進行參數化建模，利用grasshopper的組件庫功能，定義徑向梯度分布算法來構建初始的voronoi梯度多孔結構，所述梯度多孔結構由多個支柱構成，得到梯度多孔結構模型，梯度多孔結構的半徑為5mm，長度為10mm，每根支柱厚度尺寸為0.2mm；
5、步驟二、模型角度區域劃分：將得到的voronoi梯度多孔結構按支柱的角度懸垂程度進行劃分，以z向垂直于圓柱圓心方向作中心軸，x-y平面作為底面，將所得梯度多孔結構模型進行不同角度的支柱的劃分，從底面起始，不同支柱的中心與底面所成角度不同，將所得梯度多孔結構模型分為0～15°、15～30°、30～45°、45～60°、60～75°、75～90°一共六個區域模型；
6、步驟三、模型修復與支撐添加：將得到的六個區域模型導入magic軟件進行三角面片修復，為底面區域模型添加底面支撐，以適應lpbf技術的要求；
7、步驟四、切片處理：通過專業分層軟件將所需成形零件的三維模型做分層處理；
8、步驟五、梯度多孔結構的參數化設計
9、成形桿設計：利用grasshopper插件，設置每個區域的桿徑范圍，在所述桿徑范圍內設置不同角度的懸垂桿；
10、參數驗證：通過全因素實驗迭代優化，確定不同角度懸垂桿的最佳成形加工范圍；
11、步驟六、不同角度懸垂桿成形參數對梯度多孔結構的應用
12、梯度多孔結構各個區域模型成形：選擇不同角度懸垂桿優化后的最佳成形范圍內的激光參數應用于整個梯度多孔結構模型的不同區域模型，確保六個區域模型的成形參數滿足設計要求；
13、步驟七、lpbf技術制備
14、模型導入：將步驟三得到的分區模型導入lpbf機器；
15、參數應用：選擇步驟六獲得的不同區域模型的激光參數輸入lpbf機器并進行打印，得到梯度多孔結構。
16、在一些實施方式中，成形桿設計中，先模擬拱形底座，在所述拱形底座上按彎曲度劃分六個區域，每個區域分別對應一個區域的桿徑傾斜度范圍，在每個區域中選取性能最優的桿徑傾斜度。
17、在一些實施方式中，所述拱形底座為四分之一圓環構型。
18、在一些實施方式中，步驟七后，對梯度多孔結構進行后處理，所述后處理包括去除底面支撐或酒精超聲清洗。
19、在一些實施方式中，對后處理的梯度多孔結構進行性能測試與分析，包括，
20、形態觀察：將得出的成品進行ct掃描，重建數據得到實體模型，將所述實體模型與步驟一的梯度多孔結構模型進行比較打印尺寸差異；
21、力學性能測試：對制備完成的梯度多孔結構進行力學性能測試。
22、在一些實施方式中，對后處理的梯度多孔結構進行成形參數評估與調整，包括
23、有效性評估：根據梯度多孔結構成形尺寸差異、表面黏粉量或模型內部缺陷評估成形參數的可行性；
24、過程調整：對設計和制備過程調整孔隙率和孔徑、桿徑的大小來得到兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構。
25、還提供一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構，通過上述的制造方法制得。
26、本專利技術一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法的有益效果：
27、(1)本專利技術的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，其通過精確控制成形桿的結構參數以及采用分區成形技術，增強了梯度多孔結構的結構穩定性和耐久性，有利于長期穩定使用。
28、(2)本專利技術的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，利用lpbf打印技術，實現復雜幾何結構的高精度制造，同時提高生產效率，有效物料浪費，降低了成本；并且，能夠避免單一激光參數下在不同懸垂區域采用不合適的能量密度，利用角度分區的結構特點來自適應分配合適的激光工藝參數，避免局部熱積累和熱變形，從而保證本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的LPBF自適應輸入制造方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的LPBF自適應輸入制造方法，其特征在于，成形桿設計中，先模擬拱形底座，在所述拱形底座上按彎曲度劃分六個區域，每個區域分別對應一個區域的桿徑傾斜度范圍，在每個區域中選取性能最優的桿徑傾斜度。
3.根據權利要求2所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的LPBF自適應輸入制造方法，其特征在于，所述拱形底座為四分之一圓環構型。
4.根據權利要求1所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的LPBF自適應輸入制造方法，其特征在于，步驟七后，對梯度多孔結構進行后處理，所述后處理包括去除底面支撐或酒精超聲清洗。
5.根據權利要求4所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的LPBF自適應輸入制造方法，其特征在于，對后處理的梯度多孔結構進行性能測試與分析，包括，
6.根據權利要求5所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的LPBF自適應輸入制造方法，
7.一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構，其特征在于，通過權利要求1～6任一項所述的制造方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，其特征在于，成形桿設計中，先模擬拱形底座，在所述拱形底座上按彎曲度劃分六個區域，每個區域分別對應一個區域的桿徑傾斜度范圍，在每個區域中選取性能最優的桿徑傾斜度。
3.根據權利要求2所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多孔結構的lpbf自適應輸入制造方法，其特征在于，所述拱形底座為四分之一圓環構型。
4.根據權利要求1所述的一種兼具優異力學性能和功能性的梯度多...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊洋，莫永蘭，鄭禮冶，李晟，曾文浩，王成勇，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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