(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210649553.4 (22)申请日 2022.06.10 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114722544 A (43)申请公布日 2022.07.08 (73)专利权人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 张志辉　李星燃　蹤雪梅　于征磊　 李稳　陈志凯　赵连军　 (74)专利代理 机构 北京瑞盛铭杰知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11617 专利代理师 李绩 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 113/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/18(2020.01) (56)对比文件 CN 107368642 A,2017.1 1.21 WO 2022057271 A1,202 2.03.24 审查员 崔茜 (54)发明名称 异质仿生结构设计及增材制造的工艺数据 库及控制系统 (57)摘要 本发明公开了异质仿生结构设计及增材制 造的工艺数据库及控制系统， 包括异质仿生结构 模块、 材料匹配信息模块、 有限元分析模块、 增材 制造工艺参数模块、 检测评价及后处理模块， 根 据自然结构的结构特征和力学承载特征建立异 质仿生结构 模块； 根据异质金属构 件的工况特征 及功能需求 建立材料匹配信息模块； 根据有限元 分析模块对异质仿生构件进行三维建模、 路径规 划； 建立增材制造工艺参数及其优化模型； 建立 成形构件性能检测、 评价和后处理； 将各模块信 息关联整合形成工艺控制系统； 本发 明可显著缩 短异质仿生结构设计及增材制造工艺的决策加 工时间， 为结构设计、 异质仿生制造及多功能集 成优化的一体化增材制造提供新的工艺路径。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114722544 B 2022.09.16 CN 114722544 B 1.异质仿生结构设计及增材制造的工艺数据库及控制系统， 其特 征在于， 包括： 异质仿生结构模块， 用于根据自然结构的结构特征和力学承载特征， 通过数学模型建 立对应所述自然结构的异质仿生结构， 其中， 所述异质仿生结构用于表示通过不同材料形 成的仿生结构； 材料匹配信 息模块， 用于根据异质金属构件的工况特征及功能需求选择合适的异质材 料， 其中， 所述异质金属构件用于表示 通过不同的金属材 料， 形成的异质仿生构件； 有限元分析模块， 用于对所述异质仿生构件进行三维建模、 区域划分、 切片处理、 路径 规划； 增材制造工艺参数模块， 用于根据所述异质仿生构件， 匹配工艺模式， 并生成所述异质 仿生构件的工艺 参数及其优化模型； 检测、 评价及后处理模块， 用于对所述异质仿生构件进行质量检测与性能评价， 并提供 对应质量和性能的后处 理工艺； 所述工艺控制系统还 包括： 数据库模块， 用于存储自然结构的结构特征和力学承载特征， 用于仿生所述自然结构 的所述金属材 料的数据特 征以及用于增材制造的工艺 参数数据特征； 数据库逻辑控制模块， 用于通过控制所述数据库模块， 与系统其他功能模块之间进行 数据交互， 实现所述工艺控制系统的系统功能； 所述材料匹配信息模块包括： 第一异质材 料匹配单 元， 用于根据所述金属材 料， 提供完全互溶的第一金属组合材 料； 第二异质材 料匹配单 元， 用于根据所述金属材 料， 提供有限互溶的第二金属组合材 料； 第三异质材料匹配单元， 用于根据所述金属材料， 提供完全不互溶的第三金属 组合材 料； 第四异质材 料匹配单 元， 用于根据所述金属材 料的热学性能， 进行 材料匹配； 所述第一金属组合材料包括： Fe ‑Cr、 Fe‑Ni、 Cu‑Ni、 异种钢、 异种钛合金、 异种镍基合 金、 异种钴基合金； 所述第二金属组合材料包括： Fe ‑Cu、 Fe‑Nb、 Co‑Mg、 Co‑Ti、 Bi‑Cd、 Pb‑Sn、 Cu‑Mg、 Cu‑Ag、 Cr‑Au； 所述第三金属组合材料包括： Al ‑Fe、 Ti‑Fe、 Al‑Mg、 Ti‑Ni、 Al‑Cu、 多晶金属与非晶金 属； 所述增材制造 工艺参数模包括： 能量参数单元， 用于提供增材制造热源、 热源功率、 热源直径、 离焦量， 其中， 所述增材 制造热源 包括激光束、 电子束、 电弧及其它热源形式； 送料参数单元， 用于提供金属粉末/丝材、 送粉/丝材量、 载气流量、 保护气， 其中所述保 护气包括氩气、 氮气、 二氧化 碳中的一种或多种组合； 运动参数单元， 用于提供扫描速度、 扫描间距、 分层厚度  工艺参数优化单元， 用于提供 改善热源 优化数据、 冶金调控 优化数据、 表面处 理优化数据和辅助能场优化数据； 所述检测、 评价及后处 理模块包括： 质量检测单元， 用于提供所述异质仿生构件的致密度、 孔隙、 裂纹、 尺寸精度、 粉末质 量、 残余应力、 组织均匀性；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114722544 B 2性能评价单元， 用于提供所述异质仿生构件的结合强度、 变形能力、 压缩强度、 冲击韧 性、 疲劳强度、 耐腐蚀性能； 后处理单元， 用于提供粉末去除/回收、 构件移除/强化、 切削加工后处理、 磨料流化床、 机械喷丸/抛光、 电化学加工、 热处 理、 化学蚀刻中的一种或多种组合的所述后处 理工艺。 2.根据权利要求1所述异质仿生结构设计及增材制造的工艺数据库及控制系统， 其特 征在于： 所述异质仿生结构模块包括： 螺旋仿生结构单 元， 用于仿生螺旋结构： 梯度仿生结构单 元， 用于仿生梯度结构； 分层仿生结构单 元， 用于仿生分层结构； 互锁仿生结构单 元， 用于仿生互锁结构； 重叠仿生结构单 元， 用于仿生重叠结构。 3.根据权利要求2所述异质仿生结构设计及增材制造的工艺数据库及控制系统， 其特 征在于： 所述热学性能包括熔点、 热膨胀系数、 导热系数、 密度、 比热容。 4.根据权利要求3所述异质仿生结构设计及增材制造的工艺数据库及控制系统， 其特 征在于： 所述有限元分析模块包括： 三维建模单 元， 用于根据所述异质仿生构件进行三维建模； 区域划分单 元， 用于根据三维建模后的所述异质仿生构件， 进行区域划分； 切片处理单元， 用于根据区域划分后的所述异质仿生构件， 进行切片处 理； 路径规划单 元， 用于根据切片处 理后的所述异质仿生构件， 进行路径规划。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114722544 B 3