一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法，該復(fù)合材料為一種或多種納米材料分散在一種或多種基質(zhì)材料中形成的使用激光熔覆成形的復(fù)合材料，納米材料在基體材料中的種類和分布可根據(jù)使用需要安排，納米材料有多種形式可以選擇，例如納米顆粒、納米管、納米線、納米纖維和其組合，基質(zhì)材料選擇各種適于激光熔覆成形技術(shù)的材料，例如金屬，陶瓷，聚合物和其組合，該制造方法包含多種操作和步驟，用以制造采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料。本發(fā)明使用了納米材料對激光熔覆成形材料進(jìn)行增強(qiáng)，提高了激光熔覆成形材料的性能，同時(shí)激光熔覆成形技術(shù)的快速高效，大大縮短了納米復(fù)合材料的制造時(shí)間，提高了納米復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了納米復(fù)合材料的高速生產(chǎn)。
【專利說明】一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法，適用于航空航天、船舶和車輛等工業(yè)領(lǐng)域的快速制造。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料是特征尺度至少在一個(gè)方向上為納米量級的材料。因其尺寸極小，納米材料具有不同的表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，并具有宏觀物體所沒有的量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)，也因此具有宏觀物體所沒有的優(yōu)異的力學(xué)、電磁學(xué)和化學(xué)特性。在復(fù)合材料領(lǐng)域，納米材料是理想的增強(qiáng)、增韌相，如納米管、納米線和納米纖維能在裂尖橋連，形成止裂機(jī)制，提高材料抵抗斷裂和疲勞破壞的能力。
[0003]激光熔覆成形技術(shù)屬于從1987年開始發(fā)展起來的快速成型技術(shù)(RP，RapidPrototyping)。該技術(shù)是一種新型的增材制造技術(shù)，不需要使用任何的模具和切削工藝，通過逐層地堆積，直接從CAD數(shù)字模型得到任意形狀的三維實(shí)體模型。這項(xiàng)技術(shù)具有節(jié)約材料，方便高效和智能化等特點(diǎn)。
[0004]上述的技術(shù)雖然取得了較好的效果，但是也存在一些問題。一方面，納米材料雖然在復(fù)合材料領(lǐng)域廣泛使用，但是傳統(tǒng)的制造方法難以控制在復(fù)合材料內(nèi)部各處納米材料的種類和比例，導(dǎo)致納米材料利用的效率不高。另一方面，激光熔覆成形采用逐層堆積的制造方法，成形材料內(nèi)部不夠緊密，且容易產(chǎn)生裂紋等各種缺陷，力學(xué)性能不高，尤其是疲勞和斷裂性能較差等。所以，設(shè)計(jì)一種方法將納米材料與激光熔覆成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，彌補(bǔ)兩種技術(shù)的不足，是一件很有價(jià)值的工作。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法，用納米材料對激光熔覆成形材料進(jìn)行增強(qiáng)，制造高性能的激光熔覆成形復(fù)合材料。本發(fā)明包含采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料和相關(guān)的制造方法。該復(fù)合材料包含一種或多種基質(zhì)材料和分散在其中起增強(qiáng)作用的一種或多種納米材料?；|(zhì)材料可以選擇金屬、陶瓷、聚合物或其組合，納米材料可以選擇納米顆粒、納米管、納米線、納米纖維或其組合。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法，所述的復(fù)合材料包括至少一種納米結(jié)構(gòu)和至少一種基質(zhì)材料，復(fù)合材料制造的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0007]步驟(I )、設(shè)計(jì)所需的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部各處添加納米材料的種類及比例，并將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分解為一系列有厚度的待加工的曲面；
[0008]步驟(2)、使用激光束作為能源，聚焦在可受控制移動(dòng)的襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫,形成熔池；[0009]步驟(3)、將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池；
[0010]步驟(4)、基質(zhì)材料與納米材料在熔池中共同凝固；
[0011]步驟(5)、在控制系統(tǒng)控制下，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的位置，使熔池移動(dòng)的軌跡覆蓋整個(gè)待加工的曲面以完成加工，同時(shí)保持基質(zhì)材料與納米材料不斷送入熔池；
[0012]步驟(6)、不斷重復(fù)步驟(5)加工下一待加工曲面直至形成設(shè)計(jì)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
[0013]其中，熔池溫度應(yīng)不低于至少一種基質(zhì)材料包含成分的熔點(diǎn)。
[0014]其中，基質(zhì)材料選擇金屬、陶瓷和聚合物中任一種，或任意兩種組合，或三種組合。
[0015]其中，基質(zhì)材料應(yīng)制成粉末，粉末顆粒的直徑上限應(yīng)小于待加工曲面的厚度下限。
[0016]其中，基質(zhì)材料是金屬或陶瓷，或其組合；選擇進(jìn)行覆膜處理或者不進(jìn)行覆膜處理，粘結(jié)劑選擇金屬粘結(jié)劑、塑料粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑中任一種，或任意兩種組合，或三種組合。
[0017]其中，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的待加工曲面為平面或曲面，或其組合。
[0018]其中，納米材料選擇納米顆粒、納米管、納米線和納米纖維中任一種，或任意兩種組合，或任意三種組合，或四種組合。
[0019]其中，促進(jìn)納米材料在基體材料中分散的方法包括:
[0020](I)、超聲波法； 或者，
[0021](2)、機(jī)械攪拌；或者，
[0022](3)、制備納米材料粉末時(shí)，對納米材料粉末進(jìn)行化學(xué)表面改性處理；或者，
[0023](4)、向納米材料粉末中加入分散劑；或者，
[0024](5)、以上方法的組合。
[0025]其中，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上位置的方法包括:
[0026](I)、調(diào)整激光束光源的位置和角度，使激光束焦點(diǎn)位于待加工曲面上不同位置；或者，
[0027](2)、調(diào)整激光束光路上光學(xué)元件的布置，使激光束焦點(diǎn)位于待加工曲面上不同位置；或者，
[0028](3)、調(diào)整襯板的位置，使激光束的焦點(diǎn)位于待加工曲面上不同位置；或者，
[0029](4)、以上3種方法的組合。
[0030]其中，激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上移動(dòng)的速度大小可根據(jù)成形質(zhì)量的要求調(diào)整。
[0031]其中，所述方法的至少一部分在惰性氣氛中進(jìn)行。
[0032]其中，惰性氣氛至少選擇氮?dú)?、氬氣和二氧化碳中的一種氣體。
[0033]所述步驟(1)設(shè)計(jì)所需的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部各處添加納米材料的種類及比例，并將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分解為一系列有厚度的待加工的曲面實(shí)現(xiàn)過程為:
[0034]a)根據(jù)使用需要使用CAD軟件設(shè)計(jì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，并建立相應(yīng)的3D模型；
[0035]b)主要根據(jù)復(fù)合材料的使用需要確定納米材料種類和比例，如表面可選用增加硬度的納米材料，內(nèi)部受力部位可選用增加強(qiáng)度的納米材料；
[0036]c)根據(jù)復(fù)合材料的特點(diǎn)，將3D模型分解為一系列待加工的曲面。
[0037]所述步驟(2)使用激光束作為能源，聚焦在可受控制移動(dòng)的襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫，形成熔池實(shí)現(xiàn)過程為:[0038]a)調(diào)整激光源、激光光路上的光學(xué)元件或襯板，使激光能聚焦于襯板上或已加工好的曲面上；
[0039]b)打開激光，使激光聚焦于襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫；
[0040]c)高溫使襯板或已加工好的曲面熔化，形成熔池。
[0041]所述步驟將(3)基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池實(shí)現(xiàn)過程為:
[0042]a)將基質(zhì)材料粉末與納米材料粉末分別裝入送料裝置；
[0043]b)送料裝置根據(jù)納米材料在復(fù)合材料中的種類和比例，調(diào)芐基質(zhì)材料與納米材料的送料速率，并混合基質(zhì)材料粉末與納米材料粉末；
[0044]c)送料裝置將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池。
[0045]所述步驟(4)基質(zhì)材料與納米材料在熔池中共同凝固實(shí)現(xiàn)過程為:
[0046]a)熔池的高溫，使進(jìn)入熔池的基質(zhì)材料融化；
[0047]b)熔池內(nèi)部存在流動(dòng)，使納米粉末隨之分散于整個(gè)熔池；
[0048]c)因激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上不斷移動(dòng)，由于失去激光作為熱源，且存在熱輻射和熱傳導(dǎo)耗散熱量，加工曲面上某處的熔池會(huì)自然冷卻，其中的基質(zhì)材料和納米材料共同凝固為復(fù)合材料。
[0049]所述步驟在(5)控制系統(tǒng)控制下，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的位置，使熔池移動(dòng)的軌跡覆蓋整個(gè)待加工的曲面以完成加工，同時(shí)保持基質(zhì)材料與納米材料不斷送入熔池實(shí)現(xiàn)過程為:
[0050]a)根據(jù)待加工曲面的形狀，設(shè)計(jì)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上移動(dòng)的軌跡和速度；
[0051]b)由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)整激光源、激光光路上的光學(xué)元件和襯板的至少一部分的位置和狀態(tài)，以使激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的按設(shè)計(jì)的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，使熔池的位置也隨之改變，最終熔池運(yùn)動(dòng)軌跡覆蓋整個(gè)待加工曲面；
[0052]c)在此過程中，保持向熔池內(nèi)送入基質(zhì)材料和納米材料。
[0053]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0054](I)、本發(fā)明采用納米材料來增強(qiáng)激光熔覆成形材料，可以提高激光熔覆成形材料的性能。例如其中納米顆粒材料、納米管、納米線和納米纖維能增強(qiáng)材料的力學(xué)性能，在裂尖橋連增韌，形成止裂機(jī)制。使具有更高性能的激光熔覆成形材料能適應(yīng)更多的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0055](2)、本發(fā)明采用激光熔覆成形技術(shù)來生產(chǎn)納米復(fù)合材料，大大縮短了納米復(fù)合材料的制造時(shí)間，提聞了納米復(fù)合材料的生廣效率，實(shí)現(xiàn)了納米復(fù)合材料的聞速生廣。
[0056](3)、本發(fā)明采用的方法可以使納米材料在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中根據(jù)需要分布，提高了復(fù)合材料中納米材料使用的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1為本發(fā)明所涉及的采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形材料的微觀示意圖，I為納米材料，2為基體；
[0058]圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]如圖1所示，本發(fā)明的材料具體實(shí)現(xiàn)為納米材料分散于基體材料形成的復(fù)合材料。其中基體材料起支撐和連接的作用，形成整個(gè)復(fù)合材料的形狀，連接基體中分散的納米材料并承受和傳遞材料內(nèi)外的各種載荷，納米材料對基體起增強(qiáng)作用，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的性倉泛。
[0060]如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法具體為:
[0061](I)設(shè)計(jì)所需的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部各處添加納米材料的種類及比例，并將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分解為一系列有厚度的待加工的曲面；
[0062]根據(jù)使用的需要使用CAD軟件設(shè)計(jì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，并建立相應(yīng)的3D模型。根據(jù)復(fù)合材料的使用需要，設(shè)計(jì)復(fù)合材料中各處納米材料的種類和比例。根據(jù)復(fù)合材料的特點(diǎn)，例如材料的外形，將3D模型分解為一系列待加工的曲面；
[0063](2)使用激光束作為能源，聚焦在可受控制移動(dòng)的襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫,形成熔池；
[0064]調(diào)整激光源、激光光路上的光學(xué)元件或襯板的至少一部分，改變激光的光路，使激光聚焦于襯板上或已加工好的曲面上。打開激光，使激光聚焦于襯板上或已加工好的曲面上，激光的能量被襯板或已加工好的曲面吸收而產(chǎn)生高溫。高溫使襯板或已加工好的曲面熔化,形成熔池。
[0065](3)將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池；
[0066]將基質(zhì)材料與納米材料的混合粉末裝入送料裝置，送料裝置根據(jù)納米材料在復(fù)合材料中的種類和比例，調(diào)芐基質(zhì)材料與納米材料的送料速率，并混合基質(zhì)材料粉末與納米材料粉末，送料裝置將基質(zhì)材料與納米材料的混合粉末送入熔池。
[0067](4)基質(zhì)材料與 納米材料在熔池中共同凝固；
[0068]基質(zhì)材料粉末進(jìn)入熔池后，受熔池內(nèi)高溫的影響而融化。熔池內(nèi)部存在流動(dòng)，使進(jìn)入熔池納米材料分散于在熔池中。因激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上不斷移動(dòng)，由于失去激光作為熱源，且存在熱輻射和熱傳導(dǎo)耗散熱量，加工曲面上某處的熔池會(huì)自然冷卻，其中的基質(zhì)材料和納米材料共同凝固為復(fù)合材料。
[0069](5)在控制系統(tǒng)控制下，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的位置，使熔池移動(dòng)的軌跡覆蓋整個(gè)待加工的曲面以完成加工，同時(shí)保持基質(zhì)材料與納米材料不斷送入熔池；
[0070]根據(jù)待加工曲面的形狀，設(shè)計(jì)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上移動(dòng)的軌跡和速度。由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)整激光源、激光光路上的光學(xué)元件和襯板的至少一部分的位置和狀態(tài)，以使激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的按設(shè)計(jì)的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，使熔池的位置也隨之改變，此時(shí)要繼續(xù)向熔池中加入基質(zhì)材料與納米材料，最終熔池運(yùn)動(dòng)軌跡覆蓋整個(gè)待加工曲面。
[0071 ] (6)不斷重復(fù)步驟(5)加工下一待加工曲面直至形成設(shè)計(jì)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
[0072]開始下一待加工曲面的加工之前，應(yīng)先確保已加工好的曲面已完全凝固。
[0073]實(shí)施例1:
[0074]1、幾何描述:
[0075]復(fù)合材料為I個(gè)立方體。
[0076]2、具體的實(shí)現(xiàn)方法:
[0077](I)設(shè)計(jì)所需的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，并分解為一系列有厚度的待加工的曲面；
[0078]利用CAD軟件建立一個(gè)IOmmX IOmmX IOmm的立方體。在立方體中，基體材料選擇為 AerMetlOO 鋼粉，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為 13.47Co、ll.38N1、2.96Cr、l.23Mo、0.23C、0.048S1、0.014Μη、0.0074A1、0.0007S、<0.005P、<0.005T1、0.00280, Fe 余量。納米材料選
擇足球烯納米顆粒，均勻分布。以立方體的一個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以從該頂點(diǎn)出發(fā)的3條棱為坐標(biāo)軸建立右手直角坐標(biāo)系o-xyz，將立方體分解為10個(gè)平行于xy平面的待加工平面，每個(gè)平面的厚度為1mm，長和寬分別為IOmm和IOmm ；
[0079](2)使用激光束作為能源，聚焦在可受控制移動(dòng)的襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫,形成熔池；
[0080]將激光聚焦于待加工平面上xy坐標(biāo)(0，O)處，高溫使襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫，形成熔池。激光束功率100W，光斑直徑1mm。
[0081](3)將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池；
[0082]將基質(zhì)材料和納米材料混合粉末裝入送料裝置，送料裝置根據(jù)納米材料在復(fù)合材料中的種類和比例，調(diào)芐基質(zhì)材料與納米材料的送料速率，并混合基質(zhì)材料粉末與足球烯納米材料粉末，通過送料裝置將基質(zhì)材料和足球烯納米材料混合粉末送入熔池。
[0083](4)基質(zhì)材料與納米材料在熔池中共同凝固；
[0084] 進(jìn)入熔池的基體材料受到高溫而熔化。熔池內(nèi)部存在流動(dòng)，使足球烯納米材料分散于熔池中。因激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上不斷移動(dòng)，由于失去激光作為熱源，且存在熱輻射和熱傳導(dǎo)耗散熱量，加工曲面上某處的激光焦點(diǎn)掃過的熔池會(huì)自然冷卻，其中的基質(zhì)材料和納米材料共同凝固為復(fù)合材料。
[0085](5)在控制系統(tǒng)控制下，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的位置，使熔池移動(dòng)的軌跡覆蓋整個(gè)待加工的曲面以完成加工；
[0086]根據(jù)待加工曲面的形狀，設(shè)計(jì)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上移動(dòng)的軌跡，移動(dòng)的速度為900mm/min。由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)整激光源的位置和狀態(tài)，以使激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的按設(shè)計(jì)的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，使熔池的位置也隨之改變，同時(shí)繼續(xù)向熔池中加入基質(zhì)材料與納米材料，最終熔池運(yùn)動(dòng)軌跡覆蓋整個(gè)待加工曲面。
[0087](6)不斷重復(fù)步驟(5)加工下一待加工曲面直至形成設(shè)計(jì)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
[0088]開始下一待加工曲面的加工之前，應(yīng)先確保已加工好的曲面已完全凝固。當(dāng)完成第10個(gè)加工曲面的加工后，即完成整個(gè)IOmmX IOmmX IOmm采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料立方體的制造工作。
[0089]本發(fā)明未詳細(xì)公開的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0090]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種采用納米材料增強(qiáng)的激光熔覆成形復(fù)合材料的制造方法，所述的復(fù)合材料包括至少一種納米結(jié)構(gòu)和至少一種基質(zhì)材料，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟(1)、設(shè)計(jì)所需的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部各處添加納米材料的種類及比例，并將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分解為一系列有厚度的待加工的曲面； 步驟(2)、使用激光束作為能源，聚焦在可受控制移動(dòng)的襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫,形成熔池； 步驟(3)、將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池； 步驟(4)、基質(zhì)材料與納米材料在熔池中共同凝固； 步驟(5)、在控制系統(tǒng)控制下，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的位置，使熔池移動(dòng)的軌跡覆蓋整個(gè)待加工的曲面以完成加工，同時(shí)保持基質(zhì)材料與納米材料不斷送入熔池； 步驟(6)、不斷重復(fù)步驟(5)加工下一待加工曲面直至形成設(shè)計(jì)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，其中，基質(zhì)材料選擇金屬、陶瓷和聚合物中任一種，或任意兩種組合，或三種組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，其中，納米材料選擇納米顆粒、納米管、納米線和納米纖維中任一種，或任意兩種組合，或任意三種組合，或四種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的制造方法，其特征在于，其中，納米材料能很好地分散在基體材料中，促進(jìn)分散的方法包括: (1)、超聲波法；或者， (2)、機(jī)械攪拌；或者， (3)、制備納米材料粉末時(shí)，對納米材料粉末進(jìn)行化學(xué)表面改性處理；或者， (4)、向納米材料粉末中加入分散劑；或者， (5)、以上方法的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，其中，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上位置的方法包括: (1)、調(diào)整激光束光源的位置和角度，使激光束焦點(diǎn)位于待加工曲面上不同位置；或者， (2)、調(diào)整激光束光路上光學(xué)元件的布置，使激光束焦點(diǎn)位于待加工曲面上不同位置；或者， (3)、調(diào)整襯板的位置，使激光束的焦點(diǎn)位于待加工曲面上不同位置；或者， (4)、以上3種方法的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(1)設(shè)計(jì)所需的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部各處添加納米材料的種類及比例，并將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分解為一系列有厚度的待加工的曲面實(shí)現(xiàn)過程為: a)根據(jù)使用需要使用CAD軟件設(shè)計(jì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，并建立相應(yīng)的3D模型； b)主要根據(jù)復(fù)合材料的使用需要確定納米材料種類和比例，如表面可選用增加硬度的納米材料，內(nèi)部受力部位可選用增加強(qiáng)度的納米材料； c)根據(jù)復(fù)合材料的特點(diǎn)，將3D模型分解為一系列待加工的曲面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)使用激光束作為能源，聚焦在可受控制移動(dòng)的襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫，形成熔池實(shí)現(xiàn)過程為: a)調(diào)整激光源、激光光路上的光學(xué)元件或襯板，使激光能聚焦于襯板上或已加工好的曲面上； b)打開激光，使激光聚焦于襯板上或已加工好的曲面上產(chǎn)生高溫； C)高溫使襯板或已加工好的曲面熔化,形成熔池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池實(shí)現(xiàn)過程為: a)將基質(zhì)材料粉末與納米材料粉末分別裝入送料裝置； b)送料裝置根據(jù)納米材料在復(fù)合材料中的種類和比例，調(diào)芐基質(zhì)材料與納米材料的送料速率，并混合基質(zhì)材料粉末與納米材料粉末； c)送料裝置將基質(zhì)材料與納米材料混合粉末與激光同軸送入熔池。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(4)基質(zhì)材料與納米材料在熔池中共同凝固實(shí)現(xiàn)過程為: a)熔池的高溫,使進(jìn)入熔池的基質(zhì)材料融化； b)熔池內(nèi)部存在流動(dòng)，使納米粉末隨之分散于整個(gè)熔池； c)因激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上不斷移動(dòng)，由于失去激光作為熱源，且存在熱輻射和熱傳導(dǎo)耗散熱量，加工曲面上某處的熔池會(huì)自然冷卻，其中的基質(zhì)材料和納米材料共同凝固為復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(5)在控制系統(tǒng)控制下，移動(dòng)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的位置，使熔池移動(dòng)的軌跡覆蓋整個(gè)待加工的曲面以完成加工，同時(shí)保持基質(zhì)材料與納米材料不斷送入熔池實(shí)現(xiàn)過程為: a)根據(jù)待加工曲面的形狀，設(shè)計(jì)激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上移動(dòng)的軌跡和速度； b)由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)整激光源、激光光路上的光學(xué)元件和襯板的至少一部分的位置和狀態(tài)，以使激光束焦點(diǎn)在待加工曲面上的按設(shè)計(jì)的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，使熔池的位置也隨之改變，最終熔池運(yùn)動(dòng)軌跡覆蓋整個(gè)待加工曲面； c)在此過程中，保持向熔池內(nèi)送入基質(zhì)材料和納米材料。
【文檔編號】C23C24/10GK103540930SQ201310482725
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】陳玉麗, 喬川, 鮑蕊, 時(shí)新紅, 張建宇 申請人:北京航空航天大學(xué)