一种增材制造装置及方法与流程

本发明属于增材制造，涉及一种增材制造装置及方法。

背景技术：

1、探索浩瀚宇宙是人类不懈追求的航天梦。外星资源原位利用为人类可持续宇宙探索提供了重要契机，其可大幅降低宇宙探索活动对地球发射载荷的依赖。月球表面丰富的月壤资源和充沛的太阳能，为具有战略支撑作用的月球基地建设用工程材料的生产提供了天然先决条件。

2、增材制造技术又称3d打印技术，它可以实现对复杂结构器件的制造，从而使其在建筑、机械加工等应用领域有一定潜力。由于将物质送入太空非常困难，因为地球的重力需要改变9.3～10km/s的速度冲击，这意味着必须利用复杂的太空运输工具通过化学火箭推进来提供大量的能量转移。如果能够利用月球上的就地材料(例如表土或表土衍生的混凝土)来建造各种工程结构以及设备零部件，那么将能够避免从地球上发射大量物质，进而使太空探索变得更加经济。

3、随着人类对宇宙探索欲望愈演愈烈，各国都决定将月球作为“跳板”，月球基地作为-深空中转站，具有十分重要的战略地位，而建立月球基地会产生大量的原材料运输成本将会耗费大量的资源财物，深空探索的人员，装备以及各种设备的维护保养都需要各种资源的配合，故对月球上的原位制造技术研究具有重大意义。采用地外各种星际上丰富的地壤资源并利用3d打印技术进行小型零件或大型建筑物的原位制造，以此逐步开展宇宙探索计划.与地面制造相比，基于星际原位3d打印的空间制造面临更加苛刻的极端环境(高真空、弱引力和大范围温度交变等)和更加独特的星际壤材料特征(异形、宽粒径范围、多组分含量以及传热性能差等)，导致其打印过程机理更加复杂、关键科学问题更加突出，同时缺乏较为有效的成型工艺方法。目前，科研机构相继提出了激光、微波、太阳能以及数字光源等多种热源形式的月壤3d打印成型方法，开展了成型工艺参数的探索性研究。研究发现，以高能太阳光/激光束作为热源的3d打印成型方法具有成型所需能量小、成型精度高、适用于粉体加工及成型体力学性能好等优点，在月壤3d打印方面具有较好的应用前景。微波是利用微波电磁场中材料的介质损耗使材料整体加热至温度而实现和致密化，是一种不直接依靠热源热量传导、辐射途径来加热物质的非传统加热方式。微波熔融后的纯月壤或月壤混合物结构致密，避免了孔隙缺陷，力学性能优异，满足月面科研站所需的材料强度。利用高聚太阳能和微波复合加热方式熔融月壤，使加工成型件表面和内部都能得到高能量聚合，可用于外星基地原位建造和星际壤原位工程材料化利用等领域，为能源资源供给高度原位化的外星开发活动提供关键技术支撑，但是目前并没有一个能够在地外星体基地中进行直接加工的增材制造装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种增材制造装置及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种增材制造装置，包括粉料单元，所述粉料单元的出料口对应连通成形平台，所述成形平台设置滚压机构和复合焊接头单元，所述滚压机构用于将粉料沿成形平台滚压铺平，所述复合焊接头单元能够沿着成形平台前后或左右移动；

4、所述成形平台下部连接驱动组件，所述驱动组件能够带动成形平台上下移动；

5、所述成形平台的上部还设置聚光单元，所述聚光单元用于将太阳光汇聚至成形平台上。

6、本发明的进一步改进在于：

7、所述粉料单元包括由上至下依次连通的筛粉机构和落粉机构；

8、所述落粉机构的出料口与成形平台对应连通。

9、所述落粉机构内部设置有能够周向旋转的搅拌叶轮。

10、所述落粉机构包括下端的落粉嘴，所述落粉嘴内部设置挤出螺杆，挤出螺杆能够周向旋转。

11、所述复合焊接头单元包括第一轴系，所述第一轴系设置在成形平台上；

12、所述第一轴系上设置第二轴系，所述第二轴系能够沿着第一轴系轴向移动，所述第二轴系上设置复合焊接头，所述复合焊接头能够沿着第二轴系轴向移动；

13、所述第一轴系和第二轴系垂直分布。

14、所述聚光单元包括同轴设置的辐射吸收涂层和反射聚光镜。

15、所述成形平台上还设置图像采集单元。

16、所述成形平台上还设置温度传感器。

17、所述驱动组件为驱动电机，所述驱动电机的输出端连接成形平台，带动成形平台上下移动。

18、一种增材制造方法，包括以下步骤：

19、粉料通过粉料单元落入成形平台上，启动滚压机构进行滚动，滚压机构沿成形平台将粉料推平；

20、太阳光照射在聚光单元上，经聚光单元聚焦后在成形平台形成高能光斑，用于对粉料进行加热；

21、复合焊接头单元沿着成形平台前后或左右移动开始工作，实现粉体熔融；

22、驱动组件根据需求，带动成形平台向上或向下移动。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明公开了一种增材制造装置，粉料单元向成形平台输送料粉，通过滚压机构对料粉进行逐层推压，配合复合焊接头单元根据规划的路线继续宁前后或左右移动，逐层熔融粉床上的星体壤，形成打印目标件，加热时，利用聚光单元将太阳能光汇聚在成形平台上，形成太阳能和微波的复合热源，利用太阳光/激光和微波两种热源各自的优势进行复合互补，使得纯月壤或月壤混合物结构致密，避免了孔隙缺陷，力学性能优异，满足月面科研站所需的材料强度，本装置可以地外星体的太阳能资源以及外星体上的星体壤资源开展原位制造，且月壤或月壤混合物自动化程度高，可实现月面的无人建造科研站，同时技术成型快，效率高，硬化成型好，极大地降低了地外建设的运输成本，可适应性广，环境适应性强，为月球基地的建设和进一步探索宇宙提供了技术支撑。

技术特征：

1.一种增材制造装置，其特征在于，包括粉料单元，所述粉料单元的出料口对应连通成形平台(4)，所述成形平台(4)设置滚压机构(3)和复合焊接头单元，所述滚压机构(3)用于将粉料沿成形平台(4)滚压铺平，所述复合焊接头单元能够沿着成形平台(4)前后或左右移动；

2.根据权利要求1所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述粉料单元包括由上至下依次连通的筛粉机构(1)和落粉机构(2)；

3.根据权利要求2所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述落粉机构(2)内部设置有能够周向旋转的搅拌叶轮(15)。

4.根据权利要求3所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述落粉机构(2)包括下端的落粉嘴(13)，所述落粉嘴(13)内部设置挤出螺杆(14)，挤出螺杆(14)能够周向旋转。

5.根据权利要求1所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述复合焊接头单元包括第一轴系(6)，所述第一轴系(6)设置在成形平台(4)上；

6.根据权利要求1所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述聚光单元(5)包括同轴设置的辐射吸收涂层(9)和反射聚光镜(10)。

7.根据权利要求1所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述成形平台(4)上还设置图像采集单元(11)。

8.根据权利要求1所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述成形平台(4)上还设置温度传感器。

9.根据权利要求1所述的一种增材制造装置，其特征在于，所述驱动组件为驱动电机(12)，所述驱动电机(12)的输出端连接成形平台(4)，带动成形平台(4)上下移动。

10.一种增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种增材制造装置及方法，包括粉料单元，粉料单元的出料口对应连通成形平台，成形平台设置滚压机构和复合焊接头单元，滚压机构用于将粉料沿成形平台滚压铺平，复合焊接头单元能够沿着成形平台前后或左右移动；成形平台下部连接驱动组件，驱动组件能够带动成形平台上下移动；成形平台的上部还设置聚光单元，聚光单元用于将太阳光汇聚至成形平台。本装置可以地外星体的太阳能资源以及外星体上的星体壤资源开展原位制造，且月壤或月壤混合物自动化程度高，可实现月面的无人建造科研站，同时技术成型快，效率高，硬化成型好，极大地降低了地外建设的运输成本，环境适应性强，为月球基地的建设和进一步探索宇宙提供了技术支撑。

技术研发人员：卢秉恒,张琦,闫雪萍,冀千瑜,马凯悦
受保护的技术使用者：西安增材制造国家研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27