一种卧式推送打印工件的在轨3D打印装置的制作方法

本发明属于空间在轨增材制造加工，具体涉及一种卧式推送打印工件的在轨3d打印装置。

背景技术：

1、为了提高在轨飞行器的可靠性，防止意外发生，长时间的载人航天任务往往需要大量的在轨维修部件。根据研究结果显示，为了太空空间站可能发生的各种故障，需要有数十吨的在轨备件以及可以随时升空的地面备件。然而，只有很少量的备件最后会被真正用于替换。因为为了覆盖几乎所有潜在的故障，需要准备各种备件，但故障本身是随机的，因此只有少数备件最终投入使用。如果以这种方式为未来的深空载人航天任务提供保障，那么将备件发射升空将耗费大量资源。

技术实现思路

1、为了解决上述由于备件利用率不高但需要耗费大量资源将其发射升空备用的现状，填补3d打印装置在空间在轨制造打印件技术领域关于适配不同类型、不同形状、不同宽度打印备件的空缺，本发明提出一种卧式推送打印工件的在轨3d打印装置，能够解决上述背景技术中所提到的问题。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种卧式推送打印工件的3d打印装置，包括：整体框架、水平-竖直移动打印平台、打印头、主动-被动夹持机构、推送夹持机构、滚轮平台及打印件；

4、所述水平-竖直移动打印平台安装在整体框架上，打印头安装在水平-竖直移动打印平台上，水平-竖直移动打印平台用于在三维空间坐标系中带动打印头进行水平方向和竖直方向的平移移动；令打印头移动的水平方向为x轴方向、竖直方向为y轴方向，与xy平面垂直的方向为z轴方向；

5、两个所述主动-被动夹持机构分别安装在整体框架的顶部，两个滚轮平台分别安装在整体框架的底部，且两个所述滚轮平台的位置与两个主动-被动夹持机构的位置一一上下相对；主动-被动夹持机构和滚轮平台配合用于实现对打印件的支撑、沿y轴方向夹紧及在x轴方向的限位；

6、推送夹持机构安装在整体框架内，用于对打印件进行沿z轴方向的推送；打印件与打印头配合实现在轨3d打印。

7、进一步的，每个主动-被动夹持机构均包括：主动夹持机构a和被动夹持机构；

8、所述主动夹持机构a用于对打印件进行主动夹持，被动夹持机构用于对打印件进行被动夹持。

9、进一步的，所述主动夹持机构a包括：主动夹持步进电机、电动位移台、直线移动弹簧机构a、压力传感器及工件夹持板；

10、电动位移台固连在整体框架上，主动夹持步进电机插入电动位移台的电机接口中，主动夹持步进电机能够驱动电动位移台沿y轴方向运动；直线移动弹簧机构a安装在电动位移台上，直线移动弹簧机构a与工件夹持板通过直杆螺栓连接；压力传感器上下两端分别与电动位移台-直线移动弹簧机构连接件的下侧和工件夹持板的上侧相连，压力传感器用于测量工作状态下、工件夹持板主动压紧打印件的压紧力大小；当主动夹持步进电机转动时，电动位移台将带动直线移动弹簧机构a、压力传感器、工件夹持板在竖直方向进行运动，当工件夹持板抵触在打印件的表面时，打印件被夹紧。

11、进一步的，所述被动夹持机构包括：框架-被动夹持机构连接件、直线移动弹簧机构b、直杆-夹持轮连接件及被动夹持轮；

12、框架-被动夹持机构连接件通过螺栓固连在整体框架上，直线移动弹簧机构b固连在框架-被动夹持机构连接件上，被动夹持轮与直线移动弹簧机构b通过直杆-夹持轮连接件固连在一起。

13、进一步的，所述推送夹持机构包括：主动夹持机构b、推送机构及工件夹持平台；

14、所述推送机构固定在整体框架上，且推送机构的顶部和底部各设有两个以上沿z轴方向设置的导轨；工件夹持平台为矩形框架，安装在推送机构的导轨上，并与导轨滑动配合，可沿导轨的长度方向运动，即沿z轴方向运动；所述主动夹持机构b固定在工件夹持平台的顶部，主动夹持机构b和工件夹持平台可在推送机构的推送方向上同步运动；主动夹持机构b用于夹紧打印件，主动夹持机构b与主动夹持机构a结构组成完全相同；且主动夹持机构b位于两个主动-被动夹持机构之间。

15、进一步的，每个滚轮平台均包括：工件压紧平台、平台滚轮及侧向压紧滚轮；

16、所述工件压紧平台固定在整体框架的底部，若干平台滚轮分别安装在工件压紧平台上，每个平台滚轮均可以滚动，且平台滚轮的轴线沿x轴方向设置；平台滚轮均高于工件压紧平台所在平面；

17、若干侧向压紧滚轮分为两侧，均通过直杆螺栓安装在滚轮平台上，两侧侧向压紧滚轮之间的距离与打印件的宽度相同，且每个侧向压紧滚轮的轴线均沿y轴方向设置。

18、进一步的，所述工件压紧平台的两侧加工有长圆孔，长圆孔的长度方向均沿x轴方向设置；侧向压紧滚轮通过调节直杆螺栓安装在所述长圆孔中，通过调节直杆螺栓在长圆孔中的位置就可以调节两侧侧向压紧滚轮之间的距离。

19、进一步的，所述水平-竖直移动打印平台包括：打印平台框架、水平x轴方向移动机构及竖直y轴方向移动机构；

20、所述打印平台框架安装在整体框架上，所述水平x轴方向移动机构安装在打印平台框架上，竖直y轴方向移动机构安装在水平x轴方向移动机构上，打印头安装在竖直y轴方向移动机构上；水平x轴方向移动机构用于带动打印头沿x轴方向运动，竖直y轴方向移动机构用于带动打印头沿y轴方向运动。

21、进一步的，还包括：激光位移传感器；

22、激光位移传感器安装在整体框架上，用于测量打印头与打印件之间的距离。

23、有益效果：

24、(1)由于3d打印技术，即增材制造技术在轨制造飞行器替换件的主要优势在于，航天员可以按需使用原材料制造备件，这种及时的制造能力为故障维修提供了灵活性，减少了不确定性，从而减少了需要保留的备件库存。增材制造技术可以为载人航天任务提供更为广泛的风险覆盖。此外，增材制造原材料在体积上比备件更紧凑，从而降低了装载体积。通过该方法对空间利用效率的提升，可以用于增加载人航天任务中航天员的可居住空间或用于科学实验的空间。同时，结合增材制造材料回收技术，在轨的原材料的质量可以进一步降低。在未来载人航天的深空探索中，实现飞行器在轨可更换部件可以有效应对有效载荷维护和科学实验中的突发情况，保障飞行安全，有鉴于此，本发明提供了一种卧式推送打印工件的3d打印装置，针对现有备件利用率不高但需要耗费大量资源将其发射升空备用的问题，本发明经济、便携，并填补了3d打印装置在空间在轨制造打印件技术领域关于适配不同类型、不同形状、不同宽度打印备件的空缺。

25、(2)本发明的主动-被动夹持机构针对打印件形状或宽度设计出了主动夹持机构a，该主动夹持机构a可以根据所打印工件上表面的不同而更换夹持表面形状、宽度不同的工件夹持板，使不同类型、不同形状、不同宽度的打印件都能够适配夹持机构，同时该机构中的电动位移台的行程也可以根据工件的高度不同而对应性升高或降低，大大提高了空间在轨增材制造技术的应用性与产品适配性，为空间在轨增材制造技术的发展提供了更多思路。

26、(3)本发明提出了推送夹持机构，配合该推送夹持机构中的主动夹持机构b，可以使得打印件在被向外推送的过程中仍被牢牢夹紧，使得沿推送方向的平移更加精准；同时被动夹持轮也可以根据打印件上表面形状的变化而更换，在直线移动弹簧机构的作用下，牢牢贴合打印件的上表面与侧面；在主动-被动夹持机构、工件夹持平台、工件压紧平台的共同作用下，从而将其余5个自由度被完全限制住，提高了在轨增材制造的打印精度与加工质量。

27、(4)本发明的工件压紧平台的两侧加工有长圆孔，长圆孔的长度方向均沿x轴方向设置；侧向压紧滚轮通过调节直杆螺栓安装在所述长圆孔中，通过调节直杆螺栓在长圆孔中的位置就可以调节两侧侧向压紧滚轮之间的距离，以提高对不同宽度打印件的适用度。

28、(5)本发明还包括激光位移传感器，激光位移传感器用于测量打印头与打印件之间的距离，打印头根据激光位移传感器测量得到的信息，可更加精准调节打印头的位置，提高打印头在打印件上的打印精度。