本發(fā)明涉及三維超材料激光焊接，具體涉及一種三維超材料的激光焊接方法。

背景技術(shù)：

1、三維力學(xué)超材料?是一類具有自然界中沒有的奇異力學(xué)特性的人造材料，它們的獨(dú)特屬性主要來自特殊設(shè)計(jì)的代表性單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三維力學(xué)超材料通常通過周期性的代表性單元來構(gòu)建，可以獲得各種不同尋常的機(jī)械性能，如負(fù)剛度和負(fù)壓縮性。由于三維力學(xué)超材料具有非凡的機(jī)械性能，它們已被研究用于廣泛的應(yīng)用，例如吸能盒、減震器、免充氣輪胎，甚至骨植入物中都有廣泛的應(yīng)用。

2、三維力學(xué)超材料具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，當(dāng)前常采用增材制造的方式實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的制造，但增材制造的方式存在成本較高、生產(chǎn)效率和精度較低的問題；技術(shù)人員還開發(fā)出通過裝配方式制備三維超材料的方法，而通過裝配方式配合出的三維力學(xué)超材料的連接不夠牢固，裝配處受摩擦力磨損等各種因素的影響易松脫，導(dǎo)致裝配出的三維力學(xué)超材料不夠穩(wěn)定、性能受損。

3、現(xiàn)有技術(shù)中還將代表性單元結(jié)構(gòu)通過釬焊或膠結(jié)的連接方法制造三維力學(xué)超材料，但是此種方法需要在代表性單元結(jié)構(gòu)的嵌鎖位置加合金粉末或膠水等，這會導(dǎo)致代表性單元結(jié)構(gòu)裝配出現(xiàn)不平整導(dǎo)致整體三維超材料力學(xué)性能的減弱，并且利用釬焊或膠結(jié)的制造方式較為復(fù)雜，對操作者的裝配技術(shù)要求較高，成品質(zhì)量無法有效保證。

4、因此，如何實(shí)現(xiàn)三維力學(xué)超材料穩(wěn)定、高效的制造并保證制造后具有優(yōu)秀的力學(xué)性能和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是當(dāng)前三維力學(xué)超材料制造領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種三維超材料的激光焊接方法，根據(jù)多種結(jié)構(gòu)單元的裝配方法，采用本發(fā)明所提出的輔助焊接裝置進(jìn)行激光焊接，可輔助作業(yè)人員生產(chǎn)制造三維超材料提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，同時相對于傳統(tǒng)多種結(jié)構(gòu)單元相互裝配的方式，焊接所得到的三維力學(xué)超材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，力學(xué)性能優(yōu)秀。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、在本發(fā)明的第一方面，提供了一種三維超材料的激光焊接方法，包括：

4、步驟一，搭建輔助焊接裝置，所述輔助焊接裝置包括傾斜基臺和夾持機(jī)構(gòu)，所述傾斜基臺上設(shè)有安裝板以及x軸移動機(jī)構(gòu)、y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)，所述安裝板與x軸移動機(jī)構(gòu)連接，所述夾持機(jī)構(gòu)能夠在y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)的帶動下沿y軸方向和z軸方向進(jìn)行移動；

5、步驟二，將構(gòu)成三維超材料底層的多種結(jié)構(gòu)單元交替安裝在安裝板上形成第一層結(jié)構(gòu)單元；

6、步驟三，用夾持機(jī)構(gòu)對結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行夾持，通過調(diào)整y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)調(diào)整夾持機(jī)構(gòu)位置，并通過調(diào)整x軸移動機(jī)構(gòu)調(diào)整安裝板位置，令結(jié)構(gòu)單元從第一層結(jié)構(gòu)單元的一側(cè)進(jìn)行安裝，安裝后采用激光焊接裝置垂直于水平底面對相鄰兩層結(jié)構(gòu)單元的連接處的一側(cè)進(jìn)行激光焊接，每安裝一個結(jié)構(gòu)單元即對安裝的上下相鄰兩層結(jié)構(gòu)單元的連接處的一側(cè)進(jìn)行激光焊接；

7、步驟四，第二層結(jié)構(gòu)單元與底層結(jié)構(gòu)單元逐次安裝焊接完成后，將安裝板取下旋轉(zhuǎn)180°后安裝于傾斜基臺，并采用激光焊接裝置垂直于底面對上下相鄰兩層結(jié)構(gòu)單元的連接處的另一側(cè)進(jìn)行激光焊接，形成第二層結(jié)構(gòu)單元；

8、步驟五，第二層結(jié)構(gòu)單元形成后，將安裝板取下旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)步驟三和步驟四安裝焊接結(jié)構(gòu)單元形成第三層結(jié)構(gòu)單元；

9、步驟六，第三層結(jié)構(gòu)單元形成后，將安裝板取下旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)步驟三和步驟四安裝焊接結(jié)構(gòu)單元形成第四層結(jié)構(gòu)單元。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述多種結(jié)構(gòu)單元均交替設(shè)有多個凸形結(jié)構(gòu)和凹型結(jié)構(gòu)，所述多個凸形結(jié)構(gòu)和凹型結(jié)構(gòu)上設(shè)有卡槽，多種結(jié)構(gòu)單元通過卡槽相互連接。

11、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述第一層結(jié)構(gòu)單元水平相鄰的兩個超材料結(jié)構(gòu)單元的凹形結(jié)構(gòu)和凸形結(jié)構(gòu)錯開設(shè)置。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述傾斜基臺的底部為水平設(shè)置，傾斜基臺的頂部為具有設(shè)定傾斜角度的平面結(jié)構(gòu)，x軸移動機(jī)構(gòu)、y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)設(shè)置在傾斜基臺的頂部。

13、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述傾斜角度由相鄰結(jié)構(gòu)單元之間的間隙寬度和間隙高度計(jì)算得到。

14、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述x軸移動機(jī)構(gòu)包括x軸微調(diào)移動平臺，所述x軸微調(diào)移動平臺上設(shè)置安裝板；x軸微調(diào)移動平臺遠(yuǎn)離安裝板的一端設(shè)有x軸微調(diào)鎖定旋鈕，所述x軸微調(diào)鎖定旋鈕遠(yuǎn)離安裝板的一端設(shè)有x軸微分頭，通過旋轉(zhuǎn)x軸微分頭來操控x軸微調(diào)平臺的移動。

15、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述y軸移動機(jī)構(gòu)包括y軸粗調(diào)移動平臺，所述y軸粗調(diào)移動平臺上設(shè)有y軸粗調(diào)鎖定旋鈕和y軸粗調(diào)移動旋鈕，所述y軸粗調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)設(shè)有y軸微調(diào)移動平臺，所述y軸微調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)設(shè)有夾持機(jī)構(gòu)，所述y軸微調(diào)移動平臺上設(shè)有y軸微調(diào)鎖定旋鈕和y軸微分頭，通過旋轉(zhuǎn)y軸微分頭來操控y軸微調(diào)平臺的移動。

16、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述z軸移動機(jī)構(gòu)包括z軸粗調(diào)移動平臺，所述z軸粗調(diào)移動平臺上設(shè)有z軸粗調(diào)鎖定旋鈕和z軸粗調(diào)移動旋鈕，所述z軸粗調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)設(shè)有z軸微調(diào)移動平臺，所述z軸微調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)連接y軸移動機(jī)構(gòu)，所述z軸微調(diào)移動平臺上設(shè)有z軸微調(diào)鎖定旋鈕和z軸微分頭，通過旋轉(zhuǎn)z軸微分頭來操控z軸微調(diào)平臺的移動。

17、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置為開口向下的u形結(jié)構(gòu)，所述u形結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離y軸移動機(jī)構(gòu)的一端設(shè)有固定頂絲。

18、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動。

19、本發(fā)明一個或多個技術(shù)方案具有以下有益效果：

20、本發(fā)明所提出的一種三維超材料的激光焊接方法，采用一種輔助焊接裝置，基于多種結(jié)構(gòu)單元的裝配方法，通過使用輔助焊接裝置對三維超材料進(jìn)行生產(chǎn)制造可輔助作業(yè)人員提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，同時相對于傳統(tǒng)多種結(jié)構(gòu)單元相互裝配的方式，焊接所得到的三維力學(xué)超材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，力學(xué)性能更加優(yōu)秀；

21、本發(fā)明所提供的傾斜基臺具有設(shè)定傾斜角度，可配合激光焊接裝置伸入到水平相鄰的結(jié)構(gòu)單元的間隔處進(jìn)行激光焊接，不會發(fā)生焊接干涉，同時通過x軸移動機(jī)構(gòu)、y軸移動機(jī)構(gòu)、z軸移動機(jī)構(gòu)以及夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)單元的裝配調(diào)整，可進(jìn)一步幫助作業(yè)人員進(jìn)行定位安裝焊接，提高安裝精度。

技術(shù)特征：

1.一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述多種結(jié)構(gòu)單元均交替設(shè)有多個凸形結(jié)構(gòu)和凹型結(jié)構(gòu)，所述多個凸形結(jié)構(gòu)和凹型結(jié)構(gòu)上設(shè)有卡槽，多種結(jié)構(gòu)單元通過卡槽相互連接。

3.如權(quán)利要求2所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述第一層結(jié)構(gòu)單元水平相鄰的兩個超材料結(jié)構(gòu)單元的凹形結(jié)構(gòu)和凸形結(jié)構(gòu)錯開設(shè)置。

4.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述傾斜基臺的底部為水平設(shè)置，傾斜基臺的頂部為具有設(shè)定傾斜角度的平面結(jié)構(gòu)，x軸移動機(jī)構(gòu)、y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)均設(shè)置在傾斜基臺的頂部。

5.如權(quán)利要求4所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述傾斜角度由相鄰結(jié)構(gòu)單元之間的間隙寬度和間隙高度計(jì)算得到。

6.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述x軸移動機(jī)構(gòu)包括x軸微調(diào)移動平臺，所述x軸微調(diào)移動平臺上設(shè)置安裝板；x軸微調(diào)移動平臺遠(yuǎn)離安裝板的一端設(shè)有x軸微調(diào)鎖定旋鈕，所述x軸微調(diào)鎖定旋鈕遠(yuǎn)離安裝板的一端設(shè)有x軸微分頭，通過旋轉(zhuǎn)x軸微分頭來操控x軸微調(diào)平臺的移動。

7.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述y軸移動機(jī)構(gòu)包括y軸粗調(diào)移動平臺，所述y軸粗調(diào)移動平臺上設(shè)有y軸粗調(diào)鎖定旋鈕和y軸粗調(diào)移動旋鈕，所述y軸粗調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)設(shè)有y軸微調(diào)移動平臺，所述y軸微調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)設(shè)有夾持機(jī)構(gòu)，所述y軸微調(diào)移動平臺上設(shè)有y軸微調(diào)鎖定旋鈕和y軸微分頭，通過旋轉(zhuǎn)y軸微分頭來操控y軸微調(diào)平臺的移動。

8.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述z軸移動機(jī)構(gòu)包括z軸粗調(diào)移動平臺，所述z軸粗調(diào)移動平臺上設(shè)有z軸粗調(diào)鎖定旋鈕和z軸粗調(diào)移動旋鈕，所述z軸粗調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)設(shè)有z軸微調(diào)移動平臺，所述z軸微調(diào)移動平臺靠近安裝板的一側(cè)連接y軸移動機(jī)構(gòu)，所述z軸微調(diào)移動平臺上設(shè)有z軸微調(diào)鎖定旋鈕和z軸微分頭，通過旋轉(zhuǎn)z軸微分頭來操控z軸微調(diào)平臺的移動。

9.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置為開口向下的u形結(jié)構(gòu)，所述u形結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離y軸移動機(jī)構(gòu)的一端設(shè)有固定頂絲。

10.如權(quán)利要求1所述的一種三維超材料的激光焊接方法，其特征在于，所述y軸移動機(jī)構(gòu)和z軸移動機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種三維超材料的激光焊接方法，屬于三維超材料激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，采用一種輔助焊接裝置，輔助焊接裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對于組成三維超材料的多種結(jié)構(gòu)單元的夾持、移動和安裝，在輔助焊接裝置的安裝板上交替安裝多種結(jié)構(gòu)單元形成第一層結(jié)構(gòu)單元，通過輔助焊接裝置將多種結(jié)構(gòu)單元在第一層結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)上組裝焊接形成第二層結(jié)構(gòu)單元、第三層結(jié)構(gòu)單元和第四層結(jié)構(gòu)單元，最后得到組裝焊接后的三維超材料。本發(fā)明所提出的一種三維超材料的激光焊接方法，通過使用輔助焊接裝置對三維超材料進(jìn)行生產(chǎn)制造可輔助作業(yè)人員提高生產(chǎn)效率，相對于傳統(tǒng)多種結(jié)構(gòu)單元相互裝配的方式，焊接所得到的三維超材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，力學(xué)性能更加優(yōu)秀。

技術(shù)研發(fā)人員：王繼來,陳鵬翌,馮文,孫洪濤,韓露,李取浩,羅云鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19