本发明属于点阵金属的增材制造，具体涉及一种具有减振特性的变密度点阵金属及其增材制造方法。
背景技术：
1、近年来，国防和民用工业领域的发展对减振降噪技术均有十分迫切的需求，如船舶结构振动不仅会使船体结构产生疲劳破坏，而且降低了乘客的舒适性和安全性，对于军用潜艇而言，过大的噪声会严重影响其隐身效果，从而增加其暴露的风险，降低战斗力；飞机在长期使用过程中，由于振动会引起方向舵、机尾罩萌生裂纹等问题，严重影响飞机飞行的可靠性和使用寿命；航天飞行器在高速飞行过程中易由于共振现象的出现破坏尾翼，造成其飞行方向改变，引发航天飞行器损坏的严重后果。如今，减振降噪已成为制约船舶、航空航天等领域高端装备高性能服役的关键技术瓶颈。
2、减振功能结构是通过结构设计和材料自身阻尼性能，在外加激励作用下将振动的机械能转变为其他形式的能量，以此达到减振降噪的目的。常见的阻尼材料包括高分子阻尼材料、高阻尼金属材料及多孔金属等。高分子阻尼材料在航天、舰艇减振降噪领域已有一定实际应用，但易老化、刚度过低等天然劣势使高分子阻尼材料难以保证使用性能的长期有效，这成为了制约其进一步应用与发展的巨大障碍和技术瓶颈。以金属材料为基体的高阻尼金属材料及多孔金属在力学性能、抗老化性能、耐腐蚀性能等方面优势明显，展现出广阔的应用前景和科学价值。
3、多孔金属主要分为泡沫金属和点阵金属，点阵金属具有孔型结构可自由设计、孔隙率可自由调控、基体材料可采用已有的高阻尼金属材料等优势，创新空间较大，但现有的点阵金属的设计主要集中于力学性能方面，尚未涉及基于减振性能提升的变密度点阵金属孔型结构设计。另一方面，采用选区激光熔化增材制造点阵金属的成形过程具有小截面非连续扫描的突出特点，易造成点阵金属孔棱表面出现裂纹等缺陷，点阵金属表面质量较差，严重影响点阵金属的实际服役性能。
4、因此，基于减振性能提升驱动变密度点阵金属孔型结构设计，通过模态应变能法设计变密度点阵金属，并通过选区激光熔化增材制造工艺制备变密度点阵金属，国内外尚无相关报道。
技术实现思路
1、本发明提供了一种具有减振特性的变密度点阵金属及其增材制造方法，所述的变密度是指点阵金属的孔棱直径连续梯度变化，点阵金属的整体结构密度变现为非均质的连续梯度变化。
2、本发明的目的之一是基于减振性能提升为目标，采用模态应变能法实现变密度点阵金属的设计。
3、本发明的另一目的是通过选区激光熔化增材制造工艺实现该类变密度点阵金属的制备。
4、本发明技术方案如下：
5、一种具有减振特性的变密度点阵金属，该点阵金属的胞元具有十四面体结构、十二面体与十四面体组合结构或截角八面体结构，点阵金属是由上述胞元拓展而成；
6、所述点阵金属是基于模态应变能法驱动设计孔棱直径，整体结构密度表现为非均质的连续梯度变化；所述的模态应变能法驱动设计是通过有限元软件计算结构的模态振型，提取模态应变并构建模态应变能点云图，通过应变能场函数驱动点阵金属孔棱直径的连续梯度变化，模态应变能大的区域点阵金属孔棱直径比模态应变能小的区域孔棱直径更大；变密度点阵金属孔棱直径的梯度变化是非单一方向的；
7、采用选区激光熔化增材制造工艺制备所述变密度点阵金属。
8、模态应变能法是指采用通用有限元软件，通过模态分析计算结构的模态振型，其中模态应变等参数反映了实际激励载荷作用下结构的变形规律，单元的模态应变能越高，局部的变形越大，结构的刚度就越低，即某一阶频率下的模态应变能分布反映了该结构在外加激励载荷作用下的减振性能。所述的模态应变能法驱动变密度点阵金属设计是通过有限元软件计算结构的模态振型，数据后处理以提取模态应变结果，采用matlab软件构建模态应变能点云图，通过应变能场函数驱动点阵金属孔棱直径的连续梯度变化，模态应变能大的区域点阵金属孔棱直径较大，模态应变能小的区域点阵金属孔棱直径较小。变密度点阵金属孔棱直径的梯度变化按模态应变能大小分布而发生变化，其梯度变化方向是非单一方向的。通过上述模态应变能法驱动设计变密度点阵金属胞元，向空间拓展而成的变密度点阵金属具有减振特性。
9、作为优选的技术方案：
10、点阵金属孔隙率为40%~90%，孔棱直径在0.5mm~5mm范围内连续梯度变化，点阵金属胞元大小为5~10mm。
11、点阵金属孔棱直径的连续梯度变化的步长为0.08~0.2mm。
12、所述变密度点阵金属的压缩力学性能具有光滑的应力-应变曲线和明显的塑性屈服平台，塑性屈服平台应力范围为5~23mpa。
13、本发明还提供了所述具有减振特性的变密度点阵金属的制备方法，具体步骤如下：
14、步骤一、采用三维设计软件对变密度点阵金属进行孔型结构的工艺适应性设计，对变密度点阵金属孔棱直径变化位置和孔棱连接位置进行光顺化处理，建立变密度点阵金属的三维模型；
15、步骤二、采用切片软件对步骤一中建立的变密度点阵金属三维模型进行切片化处理，针对点阵金属成形过程小截面非连续扫描的特点，设置扫描策略和工艺参数，在惰性气体保护下将基体材料加工成变密度点阵金属；
16、步骤三、对步骤二所获得的变密度点阵金属进行热处理。
17、作为优选的技术方案：
18、步骤一中，所述光顺化处理的参数为：光顺半径0.1~0.5mm，光顺化次数2~3次。
19、步骤二中，所述的扫描策略为环形扫描策略，以点阵金属切片平面孔棱直径为中心，以同心圆的方式逐渐向外扩展扫描，扫描间隔为30~110μm，扫描功率60~220w，扫描速度100~2000mm/s，层厚20~50μm。在现有技术中，环形扫描策略主要用于成形回转体部件，尚未用于变密度点阵金属的制备。
20、所述基体材料为gh4169高温合金粉末或304不锈钢粉末，粉末粒径为15~53μm。
21、步骤三中，当基体材料为gh4169高温合金粉末时，所述热处理工艺为：首先在960℃下保温1h，水冷；然后在720℃下保温8h；最后以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃，保温8h，空冷；
22、当基体材料为304不锈钢时，所述热处理工艺是固溶处理，处理温度为800~1100℃，处理时间为3~15小时。
23、采用上述结构设计和制备工艺，可制备出兼具减振特性和力学性能的变密度点阵金属，可应用在船舶、航空航天、轨道交通装备的振动传递路径部件、减振部件或隔振部件中。
24、本发明的优点及有益效果是：
25、1.针对船舶、航空航天、轨道交通等高端装备的振动传递路径部件等对减振金属的迫切需求，本发明基于减振性能的提升驱动点阵金属的孔型结构设计，采用模态应变能法设计变密度点阵金属，该变密度点阵金属具有减振特性。
26、2.由于变密度点阵金属存在不同孔棱直径之间的过渡和连接，不同孔棱直径的梯度变化具有一定的步长，在连接的界面处必然出现台阶及尖角。本发明采用适用于变密度点阵金属的光顺化处理参数，保证了变密度点阵金属的高精度成形。
27、3.由于变密度点阵金属在选区激光熔化增材制造成形过程中表现出小截面非连续扫描的突出特点，孔棱表面极易出现裂纹等缺陷，表面粗糙度较大，在层层堆积之后将缺陷进一步放大，将极大影响变密度点阵金属的实际服役性能。本发明采用环形扫描策略及相关工艺参数，可避免上述问题，保证了变密度点阵金属的高质量成形。
28、4.本发明的变密度点阵金属充分发挥了点阵金属孔型结构可自由设计的优势，同时采用十四面体结构、十二面体与十四面体组合结构、截角八面体结构三种孔型作为点阵金属的胞元结构，结合适用于变密度点阵金属的选区激光增材制造工艺，制备出兼具减振特性和力学性能的变密度点阵金属，实现了点阵金属的功能结构一体化设计与制备。
29、5.本发明的变密度点阵金属可应用于航空航天、船舶、轨道交通等高端装备的振动传递路径部件、减振部件、隔振部件中，拓宽了点阵金属的应用范围。