基于选区激光熔化技术制备功能梯度材料的方法，计算机可读存储介质和电子设备

摘要

本发明涉及一种功能梯度材料的制备方法，包括以下步骤：在计算机上建立目标功能梯度材料的三维模型；设置打印策略和打印参数以控制不同区域合金元素蒸发量不同；基于所述打印策略和打印参数对所述三维模型进行剖分，得到各截面的轮廓打印数据，并将所述打印数据输入打印机；基于所述打印数据将合金粉末采用逐层送粉、逐层激光扫描熔化的打印方式打印成型；其中，所述打印策略为控制不同合金粉末层或同层合金粉末层不同区域之间的激光扫描次数、热输入量或合金粉末舱室内压力中的任一量不同。本发明进一步涉及计算机可读存储介质及电子设备。

权利要求

1.一种功能梯度材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在计算机上建立目标功能梯度材料的三维模型；

设置打印策略和打印参数以控制不同区域合金元素蒸发量不同；

基于所述打印策略和打印参数对所述三维模型进行剖分，得到各截面的轮廓打印数据，并将所述打印数据输入打印机；

基于所述打印数据将合金粉末采用逐层送粉、逐层激光扫描熔化的打印方式打印成型；

其中，打印策略为整个零件的选区熔化区域有两种不同的打印策略即区域1和区域2，区域1为单次激光扫描，扫描功率为80W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为0  .07mm，层厚为0 .02mm，激光光斑直径取60μm，层间的扫描方向旋转90°，扫描路径为“之”字形路径；区域2所使用的激光工艺参数与 区域1相同，扫描次数为5次；

将所述三维模型在竖直方向上剖分为(a)～(g)7个截面，截面(a)高度为0～6mm，截面(b)高度为6‑13mm，截面(c)高度为13‑16mm，截面(d)高度为16‑24mm，截面(e)高度为24‑

27mm，截面(f)高度为27‑34mm，截面(g)高度为34‑40mm，(a)～(g)7个截面的区域1和区域2的分布不同；

所述合金粉末粒径为15μm  43μm，所述合金粉末为Mg–5.2Zn–0.5Zr镁合金粉末；

~

所述打印机为选区激光熔化打印机。

2.一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令、程序、代码集或指令集，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1所述的打印策略。

3.一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；以及

存储装置，存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1所述的打印策略。

说明书

基于选区激光熔化技术制备功能梯度材料的方法，计算机可

读存储介质和电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及技术领域，特别是涉及一种基于选区激光熔化技术制备的功能梯度材料的及其制备方法，计算机可读存储介质和电子设备。

背景技术

[0002] 功能梯度材料(FuncTionally Graded Maternals)概念最早在十九世纪80年代由日本学者新野正之等人提出。功能梯度材料是指弹性模量，热膨胀系数，热导率等材料属性
从一端到另一端呈连续性梯度变化的材料。这种梯度的功能变化是由材料的元素成分，微
观组织结构和原子排布的梯度变化导致的。由于具有连续变化的热膨胀系数，功能梯度材
料早期主要应用于热应力缓和。随着科学技术的进步，功能梯度材料的功能性也逐渐向多
元化发展。目前，光电转换，热电变换等具有其他功能的梯度材料也取得了瞩目的成果，功
能梯度材料现广泛应用于人工骨骼，电磁屏蔽，陶瓷滤波，航空航天，太阳能电池等多个前
沿领域。功能梯度材料的研究现在已经被列入国家“843”计划，功能梯度材料已成为材料加
工和材料科学领域的前沿课题。

[0003] 功能梯度材料的制备要求实现材料本身元素成分，组织结构等方面的可控变化以满足使用要求，具有较高的难度和工艺要求，无法通过传统的铸造，轧制等方式实现。目前，
功能梯度材料的制备主要有自蔓延燃烧高温合成法，粉末冶金法，离心铸造法，气相沉淀
法，电沉积法，等离子喷涂法以及激光熔覆法等。其中，激光熔覆法是通过送粉或送丝的方
式将外部材料添加至基体并通过高能激光直接熔化实现结合的方式。激光熔覆法通常通过
改变激光功率，光斑直径等激光打印参数，实现对熔覆热循环的控制，进而实现材料显微组
织和性能的梯度变化。然而，激光熔覆过程通过激光直接对外部材料进行加热熔化，所采用
的激光光斑直径较大，无法实现复杂、精密的功能梯度材料的制备。相比之下，选区激光熔
化技术(SelecTive Laser MelTing)采用层层送粉，层层熔化的方式实现材料的增材制造。
选区激光熔化技术所采用的光斑直径和激光功率小于激光熔覆技术，可以实现更高精度
的，更小杆径的打印，适用于骨植入物等精密复杂结构件的打印。同时，较快的冷却速度和
线能量密度使其打印的结构件具有更高的力学性能。

[0004] 目前传统的选区激光熔化技术并不适用于制备功能梯度材料。在整个增材制造过程中粉仓中的粉末为单一的材料，且打印采用的打印参数在整个打印过程中稳定不变，在
水平和竖直方向上均无法实现材料的梯度化制备。专利WO2019184659A1通过梯度混合粉末
的方式调控打印过程中粉末的合金元素成分以实现选区激光熔化技术对功能梯度材料的
打印，这种方式使得打印过程复杂化，更关键的是粉末的混合破坏了粉末的均匀性和完整
性，对打印质量有潜在的影响。专利CN105386037B通过在粉仓上方添加第二种材料的送粉
斗的方式以实现选区激光熔化技术对功能梯度材料的打印，这种方式使设备更加复杂，并
且粉斗通过泼洒的方式送粉，其送粉的均匀性和致密度有待考证。

发明内容

[0005] 基于此，有必要提供一种无需提前混粉和改装设备的新的基于选区激光熔化技术制备的功能梯度材料的及其制备方法，计算机可读存储介质和电子设备，制备的功能梯度
材料更均匀和致密。

[0006] 本发明的一个方面提供一种功能梯度材料的制备方法，包括以下步骤：

[0007] 在计算机上建立目标功能梯度材料的三维模型；

[0008] 设置打印策略和打印参数以控制不同区域合金元素蒸发量不同；

[0009] 基于所述打印策略和打印参数对所述三维模型进行剖分，得到各截面的轮廓打印数据，并将所述打印数据输入打印机；

[0010] 基于所述打印数据将合金粉末采用逐层送粉、逐层激光扫描熔化的打印方式打印成型；

[0011] 其中，所述打印策略为控制不同合金粉末层和/或同层合金粉末层不同区域之间的激光扫描次数、热输入量或合金粉末舱室内压力中的至少一种。

[0012] 在其中一个实施例中，所述打印策略包括控制不同合金粉末层之间的激光扫描次数、热输入量或合金粉末舱室内压力中的任一量，第1+(n‑1)a层至第na层的激光扫描次数、
热输入量或合金粉末舱室内压力为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn和
bn‑1取不同值。

[0013] 在其中一个实施例中，bn>bn‑1。

[0014] 在其中一个实施例中，bn

[0015] 在其中一个实施例中，bn和bn‑2取相同值。

[0016] 在其中一个实施例中，bn为激光扫描次数，bn取0～30中的任意整数。

[0017] 在其中一个实施例中，bn为热输入量，bn取0.05J/mm～1J/mm中的任意值。

[0018] 在其中一个实施例中，bn为合金粉末舱室内压力，bn取0.1bar～10bar中的任意值。

[0019] 在其中一个实施例中，所述打印策略包括控制同层合金粉末层不同区域之间的扫描次数不同，将同层合金粉末层分为区域1和区域2，在所述区域1进行1次激光扫描，在所述
区域2进行2～24次激光扫描，每层合金粉末层采用相同的打印策略。

[0020] 在其中一个实施例中，每层合金粉末层仅设有1个所述区域1和1个所述区域2，所述区域1和所述区域2均为规则的长方形或正方形且所述区域1和所述区域2部分重叠。

[0021] 在其中一个实施例中，所述重叠区域的宽度为0.5mm～3mm。

[0022] 在其中一个实施例中，每层合金粉末层仅设有1个所述区域1和1个所述区域2，所述区域1和所述区域2为不规则的形状且所述区域2被所述区域1包围。

[0023] 在其中一个实施例中，每层合金粉末层设有多个所述区域1和多个所述区域2，所述区域1和所述区域2交替分布。在其中一个实施例中，所述打印策略为同时控制不同合金
粉末层之间以及同层合金粉末层不同区域之间的激光扫描次数，将所述三维模型在竖直方
向上剖分为多个具有一定高度的截面，每个截面上分为区域1和/或区域2，且每个截面上的
区域1和区域2的分布不同，在所述区域1进行1次激光扫描，在所述区域2进行2～24次激光
扫描。

[0024] 在其中一个实施例中，所述打印参数设置为，激光扫描功率100W～500W，扫描速度400mm/s～1200mm/s，层厚0.01mm～0.5mm，扫描间距0.05mm～0.1mm，激光光斑直径50μm～
70μm，层间扫描方向旋转90°，扫描路径“之”字形路径。

[0025] 在其中一个实施例中，所述打印机为选区激光熔化打印机。

[0026] 在其中一个实施例中，所述合金粉末粒径为15μm～43μm。

[0027] 在其中一个实施例中，所述合金粉末包含至少一种沸点低于1500K的金属元素。

[0028] 本发明的另一个方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令、程序、代码集或指令集，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的
打印策略。

[0029] 本发明的再一个方面还提供一种电子设备，包括：

[0030] 一个或多个处理器；以及

[0031] 存储装置，存储一个或多个程序，

[0032] 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的打印策略。

[0033] 本发明发明人首次发现，在激光熔化打印过程中，不同金属的平衡蒸气压具有明显差异，导致不同金属在熔化过程中的蒸发量不同。每经过一次扫描，高蒸发倾向的金属的
含量就会下降。在扫描次数较少的区域，高蒸发倾向的金属组元蒸发量相对较少，保留在该
区域组织中的含量较高；在扫描次数较多的区域，则保留在组织中的高蒸发倾向的金属组
元含量较少。通过对某一层或某一特定区域金属进行往复多次扫描，使得该区域的高蒸发
倾向的金属组元的含量因烧损的时间变长而大幅下降。或者在扫描次数相同时，热输入量
或合金粉末舱室内压力较低的区域，高蒸发倾向的金属组元蒸发量相对较少，保留在该区
域组织中的含量较高；热输入量或合金粉末舱室内压力较高的区域，保留在组织中的高蒸
发倾向的金属组元含量则较少。本发明实施例提供的功能梯度材料的制备方法，通过控制
不同层间的扫描次数、热输入和合金粉末舱室内压力控制合金元素蒸发量(烧损程度)不
同，导致同一材料不同位置合金元素含量存在差异。合金元素含量对材料的显微组织结构
有决定性影响，直接影响了材料的结晶行为，固溶时效和沉淀析出，进而影响材料的力学性
能，线膨胀系数等综合性能。因此对不同区域合金元素蒸发量进行控制，使材料中合金元素
含量呈梯度分布可以成功制备功能梯度材料。本发明提供的功能梯度材料的制备方法可实
现竖直方向逐层递变的功能梯度材料的制备，还可实现水平方向逐层递变、夹心梯度结构
和交替叠层梯度结构等复杂结构的功能梯度材料的制备，而且制备的功能梯度材料内部组
织更均匀、致密。

[0034] 相比与现有技术，本发明提供的功能梯度材料的制备方法以及制备得到的功能梯度材料主要有以下几方面的优势：

[0035] 1.仅通过调整打印策略即可实现梯度材料的选区激光增材制造，无需使用特殊的设备和工艺，降低功能梯度材料的制备成本。

[0036] 2.适用于所有合金的功能梯度材料制备，适用性更强。

[0037] 3.除传统竖直方向功能梯度材料的制备外，本发明提供的制备方法还可实现水平方向以及交替叠层梯度结构和夹心梯度结构，制造自由度高。

[0038] 4.制备的功能梯度材料的组织性能精确可控、组织结构更均匀、更致密，能够实现精密度更高、杆径更小(可以实现杆径小于200微米)的零件打印。

附图说明

[0039] 图1为本发明一实施例制备竖直方向上合金元素含量不同的功能梯度材料的打印策略示意图；

[0040] 图2为本发明一实施例制备的竖直方向上合金元素含量不同的功能梯度材料的结构示意图；

[0041] 图3为本发明一实施例制备的竖直方向上交替叠层梯度材料的结构示意图；

[0042] 图4为本发明一实施例制备的水平方向上合金元素含量不同的功能梯度材料的打印策略示意图；

[0043] 图5为本发明一实施例制备的水平方向上合金元素含量不同的功能梯度材料的结构示意图；

[0044] 图6为本发明一实施例制备的水平方向上交替叠层梯度材料的结构示意图；

[0045] 图7为本发明一实施例制备的夹心梯度材料的结构示意图；

[0046] 图8为本发明另一实施例制备的夹心梯度材料的结构示意图。

具体实施方式

[0047] 为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相
反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

[0048] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0049] 除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因
此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，
本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近
似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，
例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。

[0050] 本发明实施例提供一种功能梯度材料的制备方法，包括以下步骤：

[0051] S10，在计算机上建立目标功能梯度材料的三维模型；

[0052] S20，设置打印策略和打印参数以控制不同区域合金元素蒸发量不同；

[0053] S30，基于所述打印策略和打印参数对所述三维模型进行剖分，得到各截面的轮廓打印数据，并将所述打印数据输入打印机；

[0054] S40，基于所述打印数据将合金粉末采用逐层送粉、逐层激光扫描熔化的打印方式打印成型。

[0055] 其中，所述打印策略为控制不同合金粉末层和/或同层合金粉末层不同区域之间的激光扫描次数、热输入量或合金粉末舱室内压力中的任一量。

[0056] 本发明实施例提供的功能梯度材料的制备方法，通过控制不同层间的扫描次数、热输入和合金粉末舱室内压力控制合金元素蒸发量(烧损程度)不同，导致同一材料不同位
置合金元素含量存在差异。合金元素含量对材料的显微组织结构有决定性影响，直接影响
了材料的结晶行为，固溶时效和沉淀析出，进而影响材料的力学性能，线膨胀系数等综合性
能。因此对不同区域合金元素蒸发量进行控制，使材料中合金元素含量呈梯度分布可以成
功制备功能梯度材料。本发明实施例提供的功能梯度材料的制备方法可实现小尺寸、高精
度的竖直方向逐层递变的功能梯度材料的制备，还可实现水平方向逐层递变、夹心梯度结
构和交替叠层梯度结构等复杂结构的功能梯度材料的制备，而且制备的功能梯度材料内部
组织更均匀、致密。

[0057] 步骤S20中，所述打印策略可以有多种实施方式。

[0058] 实施方式一：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的激光扫描次数，在第1+(n‑1)a层至第na层进行bn次激光扫描，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取
0～30中的任意整数，且bn和bn‑1取不同值。

[0059] 请参阅图1，n取1、2、3、4、5、6…，在第1至a层铺粉后进行b1次激光扫描，在第1+a至2a层铺粉后进行b2次激光扫描，依次铺粉进行激光扫描，在第1+(n‑1)a层至第na层进行bn次
激光扫描。b1、b2、b3…bn取0～30中的任意整数，且b1和b2的值不同，b2和b3的值不同…bn和
bn‑1值不同。

[0060] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量高低任意排列的功能梯度材料。

[0061] 实施方式二：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的激光扫描次数，在第1+(n‑1)a层至第na层进行bn次激光扫描，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取
0～30中的任意整数，且bn>bn‑1。

[0062] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量由下到上梯度递减的功能梯度材料。所述由下到上是指从第1层至第na层，请参阅图2。

[0063] 实施方式三：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的激光扫描次数，在第1+(n‑1)a层至第na层进行bn次激光扫描，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取
0～30中的任意整数，且bn

[0064] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量由下到上梯度递增的功能梯度材料。所述由下到上是指从第1层至第na层。

[0065] 实施方式四：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的激光扫描次数，在第1+(n‑1)a层至第na层进行bn次激光扫描，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取
0～30中的任意整数，且bn和bn‑1取不同值，bn和bn‑2取相同值。

[0066] 该实施方式可以制备竖直方向合金元素含量呈交叠分布的功能梯度材料(即交替叠层梯度结构)，如图3所示。

[0067] 实施方式五：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的热输入量，在第1+(n‑1)a层至第na层的热输入量为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取0.05J/
mm～1J/mm中的任意值，且bn和bn‑1取不同值。

[0068] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量高低任意排列的功能梯度材料。

[0069] 实施方式六：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的热输入量，在第1+(n‑1)a层至第na层的热输入量为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取0.05J/
mm～1J/mm中的任意值，且bn>bn‑1。

[0070] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量由下到上梯度递减的功能梯度材料。所述由下到上是指从第1层至第na层。

[0071] 实施方式七：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的热输入量，在第1+(n‑1)a层至第na层的热输入量为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取0.05J/
mm～1J/mm中的任意值，且bn

[0072] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量由下到上梯度递增的功能梯度材料。所述由下到上是指从第1层至第na层。

[0073] 实施方式八：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的热输入量，在第1+(n‑1)a层至第na层的热输入量为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1的连续整数，bn取0.05J/
mm～1J/mm中的任意值，且bn和bn‑1取不同值，bn和bn‑2取相同值。

[0074] 该实施方式可以制备竖直方向合金元素含量呈交叠分布的功能梯度材料(即交替叠层梯度结构)。

[0075] 实施方式九：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的合金粉末舱室内压力，在第1+(n‑1)a层至第na层的合金粉末舱室内压力为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1
的连续整数，bn取0.1bar～10bar中的任意值，且bn和bn‑1取不同值。

[0076] 实施方式十：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的合金粉末舱室内压力，在第1+(n‑1)a层至第na层的合金粉末舱室内压力为bn，其中，a取100～1000，n取大于等于1
的连续整数，bn取0.1bar～10bar中的任意值，且bn>bn‑1。

[0077] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量由下到上梯度递减的功能梯度材料。所述由下到上是指从第1层至第na层。

[0078] 实施方式十一：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的合金粉末舱室内压力，在第1+(n‑1)a层至第na层的合金粉末舱室内压力为bn，其中，a取100～1000，n取大于等
于1的连续整数，bn取0.1bar～10bar中的任意值，且bn

[0079] 该实施方式可以制备竖直方向上合金元素含量由下到上梯度递增的功能梯度材料。所述由下到上是指从第1层至第na层。

[0080] 实施方式十二：所述打印策略为控制不同合金粉末层之间的合金粉末舱室内压力，在第1+(n‑1)a层至第na层的合金粉末舱室内压力为bn，其中，a取100～1000，n取大于等
于1的连续整数，bn取0.1bar～10bar中的任意值，且bn和bn‑1取不同值，bn和bn‑2取相同值。

[0081] 该实施方式可以制备竖直方向合金元素含量呈交叠分布的功能梯度材料(即交替叠层梯度结构)。

[0082] 实施方式十三：所述打印策略为控制同层合金粉末层不同区域之间的扫描次数不同。请参阅图4，将同层合金粉末层分为区域1和区域2，在所述区域1进行1次激光扫描，在所
述区域2进行2～24次激光扫描，每层合金粉末层采用相同的打印策略。

[0083] 该实施方式可以制备水平方向上合金元素含量梯度分布的功能梯度材料。

[0084] 基于实施方式六的打印策略，所述区域1和所述区域2可以是规则的形状，也可以是不规则的形状。所述区域1和所述区域2的分布形式可以是部分重叠、交替、包围等多种分
布方式。每层合金粉末层可以设有1个或多个所述区域1，1个或多个所述区域2。

[0085] 在一实施例中，每层合金粉末层仅设有1个所述区域1和1个所述区域2，所述区域1和所述区域2均为规则的长方形或正方形且所述区域1和所述区域2部分重叠。该实施方式
可以制备形状为长方形的水平方向上合金元素含量梯度分布的功能梯度材料，如图5所示。

[0086] 所述重叠区域的宽度可以为0.5mm～3mm之间的任意值，例如可以是0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm。

[0087] 在一实施例中，每层合金粉末层设有多个所述区域1和多个所述区域2，所述区域1和所述区域2交替分布。该实施方式可以制备水平方向合金元素含量呈交替分布的功能梯
度材料(即交替叠层梯度结构)。如图6所示，图6中所述区域1和所述区域2均为长方形，但所
述区域1和所述区域2的形状并不仅限于长方形，还可以是正方形、三角形、菱形、圆形或其
他不规则形状。

[0088] 在一实施例中，每层合金粉末层仅设有1个所述区域1和1个所述区域2，所述区域1和所述区域2为不规则的形状且所述区域2被所述区域1包围。该实施方式可以制备形状为
夹心梯度结构的功能梯度材料。如图7所示，所述区域2为字母“N”“H”，所述区域1为包围在
字母“N”“H”之外的不规则形状。

[0089] 实施方式十四：所述打印策略为同时控制不同合金粉末层之间以及同层合金粉末层不同区域之间的激光扫描次数。将所述三维模型在竖直方向上剖分为多个具有一定高度
的截面，每个截面上分为区域1和/或区域2，且每个截面上的区域1和区域2的分布不同，在
所述区域1进行1次激光扫描，在所述区域2进行2～24次激光扫描。

[0090] 该实施方式也可以夹心梯度结构的功能梯度材料。

[0091] 请参阅图8，将所述三维模型在竖直方向上剖分为(a)～(g)7个截面，每个截面上分为区域1和/或区域2。7个截面的高度可以相同，也可以不同，需要根据实际零件的形状确
定，目的是使每个截面上的区域1和区域2的分布不同。即区域1和区域2分布相同的在同一
个截面。在所述区域1进行1次激光扫描，在所述区域2进行2～24次激光扫描。合金粉末通过
逐层送粉、逐层激光扫描熔化，最终得到的零件如图7中所示，区域2字母“N””H的合金元素
含量和区域1的合金元素含量不同，形成了夹心梯度结构的功能梯度材料。

[0092] 所述打印参数可以设置为：激光扫描功率为100W～500W，扫描速度为400mm/s～1200mm/s，层厚为0.01mm～0.5mm，扫描间距为0.05mm～0.1mm，激光光斑直径为50μm～70μ
m，层间扫描方向旋转90°，扫描路径为“之”字形路径。

[0093] 在一实施例中，所述打印机选择为选区激光熔化打印机。选区激光熔化打印机采用精细聚焦光斑快速熔化合金粉末，可进一步提高材料的致密度、尺寸精度，降低材料表面
的粗糙度。

[0094] 所述合金粉末粒径可以为15μm～43μm之前的任意值，例如可以为16μm、17μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm、40μm、42μm。

[0095] 优选的，所述合金粉末包含至少一种沸点低于1500K的金属元素。更优选的，所述合金粉末包含Zn，Mg，Al中的至少一种金属元素。

[0096] 步骤S40，所述基于所述打印数据将合金粉末采用逐层送粉、逐层激光扫描熔化的打印方式打印成型的步骤包括：

[0097] S41，将合金粉末预置于打印机粉舱中，刮刀预置于焦平面上，使用保护性气体对所述粉舱洗气并进行预热；

[0098] S42，基于所述打印数据对合金粉末逐层进行增材制造熔化成型。

[0099] 步骤S41中，使用保护性气体对所述粉舱洗气将氧含量控制在800ppm以下。预热温度可以为100～200℃。

[0100] 步骤S42增材制造熔化过程结束后，还包括以下步骤：

[0101] 待舱室温度冷却至室温后将舱门打开，对舱室内的粉末进行回收筛选，使用真空袋保存以便二次使用。将打印零件和基板取出，通过线切割或小型手工锯将零件和基板分
离，用压缩空气清理零件表面粉末。使用200～500℃保温1～2小时，气氛为氩气的条件下对
零件进行热处理。

[0102] 在合金粉末打印过程中循环送风系统可将多余的粉末吹除。

[0103] 本发明的一方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令、程序、代码集或指令集，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述的
打印策略。

[0104] 可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限
于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算
机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便
携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储
器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器、光存储器件、磁存储器件、或者上述
的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形
介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

[0105] 计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但
不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是
计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者
传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

[0106] 计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

[0107] 可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包
括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全
地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在
用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及
远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域
网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商
来通过因特网连接)。

[0108] 本发明的再一方面还提供一种电子设备，包括：

[0109] 一个或多个处理器；以及

[0110] 存储装置，存储一个或多个程序，

[0111] 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的打印策略。

[0112] 可选的，电子设备还可以包括收发器。处理器和收发器相连，如通过总线相连。需要说明的是，实际应用中收发器不限于一个，该电子设备的结构并不构成对本发明实施例
的限定。

[0113] 其中，处理器可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本发明公开内容所描
述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含
一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

[0114] 总线可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线可以是PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。存储器802可以是ROM或可存储静态信
息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储
设备，也可以是EEPROM、CD‑ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数
字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储
具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限
于此。

[0115] 本发明还提供一种由所述的功能梯度材料的制备方法得到的功能梯度材料。

[0116] 本发明进一步提供所述的功能材料的制备方法在制备骨植入物中的应用。

[0117] 以下为具体实施例。以下实施例中均采用最高功率为500W的带有循环自动送风系统以及基板预热功能的选区激光增材制造打印机。打印机为西安铂力特增材技术股份有限
公司生产的S‑210。

[0118] 实施例1

[0119] 本实施例采用的合金粉末为Ti‑47Al‑2Cr‑2Nb钛合金粉末，粒径为15‑43μm。

[0120] (1)在计算机上绘制尺寸为10*10*40mm的长方体模型并在长方体底部添加3*3点阵分布的半径为1mm，高为1mm的棒状支撑。

[0121] (2)打印策略为从开始打印长方体梯度零件为第一层，第1至100层粉末行1次激光扫描。第101至200层粉末进行2次激光扫描，往后没增加100层粉末扫描次数增加1次，总扫
描次数由剖分软件计算得出。打印参数为：激光功率设置为100W，扫描速度为800mm/s，扫描
间距为0.085mm，层厚为0.04mm，激光光斑直径取60μm，层间的扫描方向旋转90°，扫描路径
为“之”字形路径。

[0122] (3)将绘制好的模型导出为stl格式在计算机上使用与打印机配合的剖分软件对模型进行剖分，具体剖分基于步骤(2)的打印策略和打印参数。将剖分后的工程文件导入到
打印设备上准备打印。

[0123] (4)将Ti‑47Al‑2Cr‑2Nb钛合金粉末预置在选区激光增材打印机的粉仓中，将刮刀预置于设备的焦平面上，使用氩气作为保护气进行洗气将氧含量控制在800ppm以下后将基
板进行150℃的预热，预热完成后开启循环送风系统并进行打印。

[0124] (5)打印结束后，待舱室温度冷却至室温后将舱门打开，对舱室内的粉末进行回收筛选，使用真空袋保存以便二次使用。将打印零件和基板取出，通过线切割将零件和基板分
离，用压缩空气清理零件表面残余粉末。使用750℃保温1.5小时，气氛为氩气的条件下对零
件进行热处理。

[0125] 实施例2

[0126] 本实施例采用的合金粉末为Mg–5.2Zn–0.5Zr(ZK60)镁合金粉末，粒径为15‑43μm。本实施例制备“NH”字样的水平方向夹心功能梯度材料，具体操作方式如下，

[0127] (1)在计算机上绘制尺寸为100*100*40mm的长方体模型并在长方体底部添加5*5点阵分布的半径为1mm，高为1mm的棒状支撑。

[0128] (2)打印策略为整个零件的选区熔化区域有两种不同的打印策略即区域1和区域2。区域1为单次激光扫描，扫描功率为80W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为0.07mm，层厚为
0.02mm，激光光斑直径取60μm，层间的扫描方向旋转90°，扫描路径为“之”字形路径；区域2
所使用的激光工艺参数于区域1相同，扫描次数为5次。

[0129] 将所述三维模型在竖直方向上剖分为(a)～(g)7个截面，截面(a)高度为0～6mm，截面(b)高度为6‑13mm，截面(c)高度为13‑16mm，截面(d)高度为16‑24mm，截面(e)高度为
24‑27mm，截面(f)高度为27‑34mm，截面(g)高度为34‑40mm。(a)～(g)7个截面的区域1和区
域2的分布不同，如图8所示。

[0130] (3)将绘制好的模型导出为stl格式在计算机上使用与打印机配合的剖分软件对模型进行剖分，具体剖分基于步骤(2)的打印策略和打印参数。将剖分后的工程文件导入到
打印设备上准备打印。

[0131] (4)将Mg–5.2Zn–0.5Zr(ZK60)镁合金粉末预置在选区激光增材打印机的粉仓中，将刮刀预置于设备的焦平面上，使用氩气作为保护气进行洗气将氧含量控制在50ppm以下
后将基板进行200℃的预热，预热完成后开启循环送风系统并进行打印。

[0132] (5)打印结束后，待舱室温度冷却至室温后将舱门打开，对舱室内的粉末进行回收筛选，使用真空袋保存以便二次使用。将打印零件和基板取出，通过小型手工锯将零件和基
板分离，用压缩空气清理零件表面残余粉末，之后将零件浸泡在酒精中采用25kHZ的频率进
行20分钟的清洗，进一步清除表面附着的粉末，最后用吹风机将酒精吹干即可。

[0133] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0134] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。