一种轻质多功能点阵结构及其激光增材制造方法与流程

本发明属于激光增材制造技术领域，涉及到一种轻质多功能点阵结构及其激光增材制造方法。

背景技术：

航天器传统的轻质结构多为泡沫和蜂窝加芯结构，尤其蜂窝夹芯结构具有比刚度和比强度高的优势，但是这些芯子的内部空间是封闭的，不易实现预埋、传热等多功能要求。作为一种新型轻质耐热一体化结构，点阵结构不仅具有承载功能，而且其内部开放、贯通的空间易于实现集承载与热控、隐身、吸能、作动、储能、阻尼于一体的多功能特性。激光选区熔化成形技术作为一种逐层叠加的制造技术，非常适合点阵结构的制造。

技术实现要素：

本发明提出了一种轻质多功能点阵结构及其激光增材制造方法，其设计新型点阵结构，提出采用激光选区熔化成形方法解决此类点阵结构的高精度、高效率制造。

实现本发明目的的技术方案：一种轻质多功能点阵结构，该点阵结构设计如下：

1)点阵结构单元

a)确定填充边长l与填充直径a；

b)完成边长为l，直径为a的点阵中心支柱；

c)按照与底面夹角53.5°设计点阵4个倾斜支柱，倾斜支柱长1.732l，直径为a，空间位置为边长为l的四面体的体对角线；

2)点阵结构单元填充

a)根据需要确定构件模型中需要填充的位置；

b)在三维软件中进行步骤1)所述点阵结构单元的填充，形成构件模型。

如上所述的一种轻质多功能点阵结构，其步骤1)所述的点阵结构单元，构成点阵的单元边长为l，在立方体的体对角线位置构成直径为a的4个圆柱状的倾斜支柱，每个圆柱状的倾斜支柱与地面的夹角为53.5°，长度为1.732l；在立方体的中构成直径为a的圆柱状的点阵中心支柱，长度为l；通过4个圆柱状的倾斜支柱与1个圆柱状的点阵中心支柱构成点阵单元结构。

如上所述的一种轻质多功能点阵结构，其步骤2)在三维设计软件中，根据需要进行点阵结构单元的填充，然后进行三角形面片化，形成构件模型导入激光选区熔化成形软件。

本发明所述的一种轻质多功能点阵结构及其激光增材制造方法，其所述的点阵结构设计如下：

1)点阵结构单元

c)确定填充边长l与填充直径a；

d)完成边长为l，直径为a的点阵中心支柱；

c)按照与底面夹角53.5°设计点阵四个倾斜支柱，倾斜支柱长1.732l，直径为a，空间位置为边长为l的四面体的体对角线；

2)点阵结构单元填充

a)根据需要确定构件模型中需要填充的位置；

b)在三维软件中进行步骤1)所述点阵结构单元的填充，形成构件模型；

3)构件成形

a)在激光选区熔化成形设备中安装成形基板与粉末准备；

b)在激光选区熔化成形软件中将步骤2)的构件模型进行切片后导入激光选区熔化成形设备中；

c)逐层制造直到构件成形。

本发明的效果在于：本发明设计新型点阵结构，为一种基于面心立方加中心支柱的结构设计方案。此类设计方案的点阵结构采用激光选区熔化成形方法进行制造，可以取得良好的成形质量以及功能效果，具有下列优点：(1)采用此类点阵可以实现结构的轻量化设计；(2)采用此类点阵结构可以赋予结防热、吸震、储能等特性；(3)与其他点阵结构相比，此类点阵在z轴方向具有良好的抗拉、抗压性能；(4)采用激光选区熔化成形工艺制备此类点阵，可根据功能需要进行夹层结构、局部点阵替代结构等多种类型实体-点阵复合结构的制造；(5)相比传统的点阵制造加工技术工序显著减少，并且可成形任意边长的点阵结构，同时省去了设计、加工模具的时间和费用，使产品研制周期短、加工效率高。

附图说明

图1为本发明所述的点阵结构示意图；

图2为本发明所述的点阵结构立体示意图；

图3为填充后的点阵结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种轻质多功能点阵结构激光增材制造方法作进一步描述。

实施例1

如图1至图3所示，本发明所述的一种轻质多功能点阵结构，该点阵结构设计如下：

1)点阵结构单元

a)确定填充边长l与填充直径a；

b)完成边长为l，直径为a的点阵中心支柱；

c)按照与底面夹角53.5°设计点阵4个倾斜支柱，倾斜支柱长1.732l，直径为a，空间位置为边长为l的四面体的体对角线；

2)点阵结构单元填充

a)根据需要确定构件模型中需要填充的位置；

b)在三维软件中进行步骤1)所述点阵结构单元的填充，形成构件模型。

上述点阵结构单元，构成点阵的单元边长为l，在立方体的体对角线位置构成直径为a的4个圆柱状的倾斜支柱，每个圆柱状的倾斜支柱与地面的夹角为53.5°，长度为1.732l；在立方体的中构成直径为a的圆柱状的点阵中心支柱，长度为l；通过4个圆柱状的倾斜支柱与1个圆柱状的点阵中心支柱构成点阵单元结构。

实施例2

本发明所述的一种轻质多功能点阵结构及其激光增材制造方法，其所述的点阵结构设计如下：

1)点阵结构单元

c)确定填充边长l与填充直径a；

d)完成边长为l，直径为a的点阵中心支柱；

c)按照与底面夹角53.5°设计点阵四个倾斜支柱，倾斜支柱长1.732l，直径为a，空间位置为边长为l的四面体的体对角线；

2)点阵结构单元填充

a)根据需要确定构件模型中需要填充的位置；

b)在三维软件中进行步骤1)所述点阵结构单元的填充，然后进行三角形面片化，形成构件模型导入激光选区熔化成形软件。

3)构件成形

a)在激光选区熔化成形设备中安装成形基板与粉末准备；

b)在激光选区熔化成形软件中将步骤2)的构件模型进行切片后导入激光选区熔化成形设备中；

c)逐层制造直到构件成形。

上述点阵结构单元，构成点阵的单元边长为l，在立方体的体对角线位置构成直径为a的4个圆柱状的倾斜支柱，每个圆柱状的倾斜支柱与地面的夹角为53.5°，长度为1.732l；在立方体的中构成直径为a的圆柱状的点阵中心支柱，长度为l；通过4个圆柱状的倾斜支柱与1个圆柱状的点阵中心支柱构成点阵单元结构。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种轻质多功能点阵结构，该点阵结构设计如下：1)点阵结构单元，确定填充边长L与填充直径a，完成边长为L，直径为a的点阵中心支柱，按照与底面夹角53.5°设计点阵4个倾斜支柱，倾斜支柱长1.732L，直径为a，空间位置为边长为L的四面体的体对角线；2)点阵结构单元填充，根据需要确定构件模型中需要填充的位置；在三维软件中进行所述点阵结构单元的填充，形成构件模型。本发明相比传统的点阵制造加工技术工序显著减少，并且可成形任意边长的点阵结构，同时省去了设计、加工模具的时间和费用，使产品研制周期短、加工效率高。

技术研发人员：董鹏;陈济轮;梁晓康;陈靖;罗志伟;何京文;田彩兰;侯谊飞;张朋旭
受保护的技术使用者：首都航天机械公司;中国运载火箭技术研究院
技术研发日：2017.12.06
技术公布日：2018.05.15