一种月壤构件的3D打印和模压复合成型方法

本发明涉及太空增材制造，特别是指一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法。

背景技术：

1、2004年我国正式开展月球探测工程，即“嫦娥工程”，嫦娥工程目前已完成月面勘测任务，下一步即将开展月面基地建造相关任务。由于地月距离达到38万公里，地月运输成本极其高昂，因此在月球基地建造中，很难大规模地将地球上的物质运送至月球表面。建造月球基地要求充分利用月球表面的月壤资源、太阳光能源等进行月面原位制造。

2、目前多家研究机构已提出多种原位制造技术方案，利用月面原位资源进行月面基地建设，已有成果大多关注直接加热熔融月壤，从而实现月壤构件的制造。但是，由于熔融月壤的能量消耗非常高，导致相关技术方案无法高效率实现月壤构件的制造，而且制造出的月壤构件尺寸在厘米级，无法满足月球基地的制造需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，以解决现有技术中无法高效利用月面原位资源进行月面基地建设的技术问题。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、本发明的一个目的在于提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，所述复合成型方法包括如下方法步骤：

4、s1、月壤破碎：采集月面的月壤或月岩进行破碎和研磨，得到第一物料；

5、s2、月壤筛分：筛选出所述第一物料不同粒径的月壤粉末，并将筛选出的月壤粉末进行分类储存；

6、s3、级配计算：基于级配设计理论，按照月壤最大堆积密度的标准，计算不同粒径月壤粉末的配比；

7、s4、物料混合：将不同粒径配比的月壤粉末进行混合，得到第二物料；

8、s5、3d打印：在3d打印平台表面对所述第二物料逐层打印，形成3d打印坯体，

9、其中，打印过程中，对所述第二物料的每一铺层喷洒溶解有热塑性树脂或热固性树脂的溶液；

10、s6、模压成型：将所述3d打印坯体从3d打印平台表面转移到模具内，回收所述3d打印坯体中溶解有热塑性树脂或热固性树脂的溶液的溶剂；

11、当溶剂完全回收，并且热塑性树脂或热固性树脂硬化或固化后，降温冷却得到月壤构件。

12、在一个较佳的实施例中，在步骤s1中，采用破碎机对月壤或月岩进行一级破碎至颗粒状；

13、采用球磨机对颗粒状月壤或月岩进行二级研磨至粉末状，得到第一物料。

14、在一个较佳的实施例中，所述破碎机选颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机中的至少一种；

15、所述球磨机选用水泥球磨机、管式球磨机、超细层压磨机、圆锥球磨机、陶瓷球磨机、间歇球磨机、溢流型球磨机、格子型球磨机、节能球磨机、双仓式球磨机中的至少一种。

16、在一个较佳的实施例中，在步骤s2中，采用自动筛粉机对所述第一物料筛选出不同粒径的月壤粉末。

17、在一个较佳的实施例中，所述自动筛粉机选用气流筛粉机、封闭式偏重筛粉机、悬吊式偏重筛粉机、振动筛粉机中的至少一种。

18、在一个较佳的实施例中，在步骤s4中，采用混料机将不同粒径配比的月壤粉末进行混合，得到第二物料。

19、在一个较佳的实施例中，所述混料机选用卧式混合机、立式搅拌机、v型混合机、无重力混合机、犁刀混合机、混凝土搅拌机中的至少一种。

20、在一个较佳的实施例中，在步骤s5中，通过如下方法进行3d打印：

21、s501、将所述第二物料铺撒在3d打印平台表面，通过刮板控制铺层厚度，得到所述第二物料的第一铺层；

22、s502、在所述第一铺层上喷洒溶解有热塑性树脂或热固性树脂的溶液，使所述第一铺层达到一定的浸润度；

23、s503、将所述第二物料铺撒在所述第一铺层表面，通过刮板控制铺层厚度，得到所述第二物料的第二铺层；

24、s504、在所述第二铺层上喷洒溶解有热塑性树脂或热固性树脂的溶液，使所述第二铺层达到一定的浸润度；

25、按照步骤s503至步骤504的方法，对所述第二物料逐层打印至第n铺层，形成3d打印坯体，其中，n＞2。

26、在一个较佳的实施例中，在步骤s6中，将所述3d打印坯体从3d打印平台表面转移到模具内，对模具升温并由气体抽吸装置对模具抽气，以回收所述3d打印坯体中溶解有热塑性树脂或热固性树脂的溶液的溶剂。

27、在一个较佳的实施例中，热塑性树脂或热固性树脂，以及溶解热塑性树脂或热固性树脂的溶剂由地球携带至月球；

28、其中，热塑性树脂选用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酰胺、聚芳醚酮、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚砜、聚丙烯酸酯中的至少一种；

29、热固性树脂选用环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、热固性聚酰亚胺树脂中的至少一种；

30、溶剂选用水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、乙氰、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、乙醚、甲苯、环己烷、石油醚、己烷、戊烷、丙酮、氯仿、四氢呋喃、苯酚、吡啶中的至少一种。

31、本发明上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

32、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，采用树脂溶液作为粘合剂，通过3d打印和模压复合成型，高效利用月面原位资源，实现低能耗、高效率、高密度、大尺寸月壤构件月面原位制造。

33、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，基于级配设计理论，计算出实现月壤最大堆积密度的不同粒径月壤粉末配比，达到了月壤构件的最密堆积设计目标，技术可行性好。

34、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，所用的粉碎机、球磨机、自动筛粉机、混料机、树脂传递模塑成型的模具，仅需要针对月面原位制造进行一定的改装设计即可，技术难度低。

35、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，所用树脂和溶剂材料，可选择的材料种类多，可根据月球基地的不同需要选择不同树脂，可设计性强。

36、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，所采用的3d打印方法为每一铺层逐层铺撒物料，并逐层喷洒树脂溶液浸润物料，最终获得浸润一定量树脂溶液的坯体，可最大程度降低树脂溶液用量，并使物料达到较高的浸润度，材料利用效率高。

37、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，所采用的模压成型技术，模具最终升温温度不超过300℃，仅依靠太阳光照射收集的能量即可实现高密度月壤构件的快速制造，能量消耗低，制备效率高，更容易实现大尺寸构件的制造。

38、本发明提供一种月壤构件的3d打印和模压复合成型方法，技术可行性好、技术难度低、可设计性强、材料利用效率高、制备效率高、能量消耗低，具备大尺寸月壤构件的制造能力，可满足月球基地对低能耗、高效率、大尺寸月面原位制造的迫切需要。