一种3D打印碳化硅镜头的加固补强工艺方法与流程

一种3d打印碳化硅镜头的加固补强工艺方法
技术领域
1.本发明涉及一种3d打印碳化硅镜头的加固补强工艺方法，属于遥感器镜头光学装调测试技术领域。


背景技术：

2.碳化硅陶瓷是一种结构陶瓷材料，具有强度高、热导率高、膨胀系数低、耐磨损、抗腐蚀等有益性能，在航天领域有着重要的应用价值和潜力。作为新一代轻量化光学反射镜的重要发展材料，与传统发射镜材料相比，密度更低、比刚度更高、热膨胀率小在空间高温差环境下依然能保持镜面形状和尺寸稳定性。一改传统碳化硅加工成型技术的缺点，3d打印技术在复杂结构等制造、一体化成型、轻量化设计等方面有着巨大的发展潜力，在遥感领域的应用发展迅速。
3.虽然有着如多的优点，但碳化硅材料也有着断裂韧性低，脆性大的缺点。使用过程容易出现脆性断裂，影响产品安全。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种3d打印碳化硅镜头的加固补强工艺方法。
5.本发明采用的技术方案为：
6.一种3d打印碳化硅镜头的加固补强工艺方法，包括：
7.步骤s1、将所述3d打印碳化硅镜头安装在加固补强装置上；
8.步骤s2、粘接面脱脂处理；
9.步骤s3、补强剂配混；
10.步骤s4：3d打印碳化硅镜头内侧加固；
11.步骤s5，3d打印碳化硅镜头外侧加固；
12.步骤s6：进行倒置固化；
13.步骤s7：进行加固验证：按试验条件完成力学验证；
14.进一步的，所述加固补强装置包括固定板、两片内侧加强片和两片外侧加强片；
15.固定板通过胶和橡胶胶垫直接胶接殷钢嵌套的3d打印碳化硅镜头，两片内侧加强片用于加强3d打印碳化硅镜头内侧支撑，两片外侧加强片固定在3d打印碳化硅镜头外侧两端，用于加强3d打印碳化硅镜头外部支撑。
16.进一步的，所述内侧加强片呈“∠”形状，即包括水平边和倾斜边，且水平边和倾斜边夹角为45
°
,内侧加强片最大外轮廓为25.1mm
×
26.6mm,采用与碳化硅材料的热膨胀系数一致的殷钢薄片制成,厚度为1mm。
17.进一步的，所述外侧加强片采用l形组合斜加强筋的构型，最大外轮廓为长
×
宽
×
高为24mm
×
27mm
×
24mm,采用与碳化硅材料的热膨胀系数一致的殷钢制成，所有面厚度均为1mm；
18.l直角边倒4mm
×
45
°
角，同时l形的竖直面有2处9mm
×
15mm的缺口，避让碳化硅镜头底部安装孔。
19.进一步的，所述粘接面脱脂处理，具体为：使用脱脂棉蘸取酒精：丙酮为1:2的混合溶剂擦拭3d打印碳化硅镜头与内、外侧补强片之间粘接面，直至表面无附着物。
20.进一步的，所述补强剂配混，具体步骤为：按3m
@
420粘接剂a组份：3m
@
420粘接剂b组份＝5:2的比例配制补强剂，充分搅拌后静置固化15分钟，待补强剂粘稠度降低。
21.进一步的，3d打印碳化硅镜头内侧加固，具体步骤为：
22.步骤s4.1，在所述3d打印碳化硅镜头内侧对应粘接面均匀涂覆补强剂，厚度控制0.2mm；
23.步骤s4.2，按照内侧加强片方向依次将两边内侧加强片按压至粘接面；
24.步骤s4.3，均匀按压平展后使用3m
@
聚酰亚胺胶带固定内侧加强片。
25.进一步的，3d打印碳化硅镜头外侧加固，具体步骤为：
26.步骤s5.1，在所述3d打印碳化硅镜头外侧对应粘接面均匀涂覆补强剂，厚度控制0.2mm；
27.步骤s5.2，按照外侧加强片方向依次将外侧两边加强片按压至粘接面；
28.步骤s5.3，均匀按压平展后后使用3m
@
聚酰亚胺胶带固定外侧加强片。
29.进一步的，进行倒置固化具体步骤为：将加固补强装置与3d打印碳化硅镜头的组合体整个倒置后穿入两根挑梁，静置7天完成固化。
30.进一步的，所述步骤s7进行加固验证，验证条件为：
31.1)试验顺序为：特征扫频-》0.5grms预振-》特征扫频-》1grms随机振动-》特征扫频；
32.2)特征扫频条件：频率范围：5～2000hz；
33.加速度/幅值o-p(g)：0.2g；
34.扫描速率：4oct/min；
35.3)0.5grms预振条件：
36.①
频率范围：10～65hz，功率谱密度：+6db/oct；
37.②
频率范围：65～85hz，功率谱密度：0.0023；
38.③
频率范围：85～100hz，功率谱密度：0.00165；
39.④
频率范围：100～150hz，功率谱密度：0.000325；
40.⑤
频率范围：150～500hz，功率谱密度：0.000275；
41.⑥
频率范围：500～2000hz，功率谱密度：-18db/oct；
42.总均方根加速度：0.5grms；时间：采到数为止；
43.3)1grms随机振动条件：
44.①
频率范围：10～65hz，功率谱密度：+6db/oct；
45.②
频率范围：65～85hz，功率谱密度：0.0092；
46.③
频率范围：85～100hz，功率谱密度：0.0066；
47.④
频率范围：100～150hz，功率谱密度：0.0013；
48.⑤
频率范围：150～500hz，功率谱密度：0.0011；
49.⑥
频率范围：500～2000hz，功率谱密度：-18db/oct；
50.总均方根加速度：1grms；时间：1min。
51.本发明与现有技术相比的有益效果是：
52.(1)本发明通过在3d打印碳化硅镜头内、外侧粘接金属加强片，实现了3d打印碳化硅镜头加固补强，顺利通过1grms随机振动力学验证，振动前后面型变化小于0.002λ。
53.(2)本发明逻辑通顺、思路清晰、设计合理，易于工程实现；实际操作过程安全稳定，既减轻了工作人员的操作负担，又大幅降低了操作成本，市场应用前景非常广阔。
附图说明
54.附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
55.图1为一种3d打印碳化硅镜头的加固流程示意图；
56.图2为一种3d打印碳化硅镜头的加固补强装置示意图；
57.图3内侧加强片结构示意图；
58.图4外侧加强片结构示意图；
59.其中：1为固定板；2为3d打印碳化硅镜头；3为内侧加强片；4为外侧加强片；
具体实施方式
60.为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
61.如图1所示，本发明提出的一种3d打印碳化硅镜头的加固补强工艺方法，包括如下步骤：
62.步骤s1、将所述3d打印碳化硅镜头安装在加固补强装置上；
63.步骤s2、粘接面脱脂处理；
64.步骤s3、补强剂配混；
65.步骤s4：3d打印碳化硅镜头内侧加固；
66.步骤s5，3d打印碳化硅镜头外侧加固；
67.步骤s6：进行倒置固化；
68.步骤s7：进行加固验证：按试验条件完成力学验证；
69.进一步的，如图2所示，所述加固补强装置包括固定板、两片内侧加强片和两片外侧加强片；
70.固定板通过胶和橡胶胶垫直接胶接殷钢嵌套的3d打印碳化硅镜头，两片内侧加强片用于加强3d打印碳化硅镜头内侧支撑，两片外侧加强片固定在3d打印碳化硅镜头外侧两端，用于加强3d打印碳化硅镜头外部支撑。
71.进一步的，如图3所示，所述内侧加强片呈“∠”形状，即包括水平边和倾斜边，且水平边和倾斜边夹角为45
°
,内侧加强片最大外轮廓为25.1mm
×
26.6mm,采用与碳化硅材料的热膨胀系数一致的殷钢薄片制成,厚度为1mm。
72.进一步的，如图4所示，所述外侧加强片采用l形组合斜加强筋的构型，最大外轮廓为长
×
宽
×
高为24mm
×
27mm
×
24mm,采用与碳化硅材料的热膨胀系数一致的殷钢制成，所有面厚度均为1mm；
73.l直角边倒4mm
×
45
°
角，同时l形的竖直面有2处9mm
×
15mm的缺口，避让碳化硅镜头底部安装孔。
74.进一步的，所述粘接面脱脂处理，具体为：使用脱脂棉蘸取酒精：丙酮为1:2的混合溶剂擦拭3d打印碳化硅镜头与内、外侧补强片之间粘接面，直至表面无附着物。
75.进一步的，所述补强剂配混，具体步骤为：按3m
@
420粘接剂a组份：3m
@
420粘接剂b组份＝5:2的比例配制补强剂，充分搅拌后静置固化15分钟，待补强剂粘稠度降低。
76.进一步的，3d打印碳化硅镜头内侧加固，具体步骤为：
77.步骤s4.1，在所述3d打印碳化硅镜头内侧对应粘接面均匀涂覆补强剂，厚度控制0.2mm；
78.步骤s4.2，按照内侧加强片方向依次将两边内侧加强片按压至粘接面；
79.步骤s4.3，均匀按压平展后使用3m
@
聚酰亚胺胶带固定内侧加强片。
80.进一步的，3d打印碳化硅镜头外侧加固，具体步骤为：
81.步骤s5.1，在所述3d打印碳化硅镜头外侧对应粘接面均匀涂覆补强剂，厚度控制0.2mm；
82.步骤s5.2，按照外侧加强片方向依次将外侧两边加强片按压至粘接面；
83.步骤s5.3，均匀按压平展后后使用3m
@
聚酰亚胺胶带固定外侧加强片。
84.进一步的，进行倒置固化具体步骤为：将加固补强装置与3d打印碳化硅镜头的组合体整个倒置后穿入两根挑梁，静置7天完成固化。
85.实施例：
86.如图2至图4所示，本发明涉及的一种3d打印碳化硅镜头的加固补强装置，装置由安装面工面度0.008mm的固定板1、通过3m
@
2216b胶和0.5mm橡胶垫直接胶接殷钢嵌套且重量为0.15kg的3d打印碳化硅镜头2，两片1mm厚内侧加强片3和两片1mm厚外侧加强片4；
87.如图1所示，本发明涉及的一种3d打印碳化硅镜头的加固补强装置及工艺，包括如下步骤：
88.步骤s1.装置安装，具体步骤为：使用内六角圆柱头m3x18(gb/t70.1-2008)将所述3d打印碳化硅镜头安加固补强装置安装，螺钉拧紧力矩为1n.m；
89.步骤s2.粘接面脱脂处理，具体步骤为：使用脱脂棉蘸取酒精：丙酮(1:2)混合溶剂擦拭将所述3d打印碳化硅镜头与内、外侧补强片之间粘接面直至表面无附着物；
90.步骤s3.补强剂配混，具体步骤为：按5:2比例将配混补强剂3m
@
420粘接剂混合，充分搅拌后静置15分钟，待补强剂粘稠度降低；
91.步骤s4：内侧加固，具体步骤为：
92.步骤s4.1，在所述3d打印碳化硅镜头内侧对应粘接面均匀涂覆补强剂，厚度控制0.2mm；
93.步骤s4.2，按照内侧加强片方向依次将内侧两边加强片按压至粘接面；
94.步骤s4.3，均匀按压平展后后使用3m
@
聚酰亚胺胶带固定内侧加强片；
95.步骤s5，外侧加固，具体步骤为：
96.步骤s5.1，在所述3d打印碳化硅镜头外侧对应粘接面均匀涂覆补强剂，厚度控制0.2mm；
97.步骤s5.2，按照外侧加强片方向依次将外侧两边加强片按压至粘接面；
98.步骤s5.3，均匀按压平展后后使用3m
@
聚酰亚胺胶带固定外侧加强片；
99.步骤s6：倒置固化；具体步骤为：将整个倒置后穿入两根挑梁，静置7天完成固化；
100.步骤s7：加固验证：按试验条件完成力学验证；
101.优选地，所述步骤s7加固验证中，验证条件为：
102.1)试验顺序为：特征扫频-》0.5grms预振-》特征扫频-》1grms随机振动-》特征扫频；
103.2)特征级扫频条件：频率范围(hz)：5～2000；加速度/幅值o-p(g)：0.2；扫描速率：4oct/min；
104.3)0.5grms预振条件：
105.①
频率范围(hz)：10～65，功率谱密度(g2/hz)：+6db/oct；
106.②
频率范围(hz)：65～85，功率谱密度(g2/hz)：0.0023；
107.③
频率范围(hz)：85～100，功率谱密度(g2/hz)：0.00165；
108.④
频率范围(hz)：100～150，功率谱密度(g2/hz)：0.000325；
109.⑤
频率范围(hz)：150～500，功率谱密度(g2/hz)：0.000275；
110.⑥
频率范围(hz)：500～2000，功率谱密度(g2/hz)：-18db/oct；
111.总均方根加速度：0.5grms；时间：采到数为止；
112.3)1grms随机振动条件：
113.①
频率范围(hz)：10～65，功率谱密度(g2/hz)：+6db/oct；
114.②
频率范围(hz)：65～85，功率谱密度(g2/hz)：0.0092；
115.频率范围(hz)：85～100，功率谱密度(g2/hz)：0.0066；
116.频率范围(hz)：100～150，功率谱密度(g2/hz)：0.0013；
117.⑤
频率范围(hz)：150～500，功率谱密度(g2/hz)：0.0011；
118.⑥
频率范围(hz)：500～2000，功率谱密度(g2/hz)：-18db/oct；
119.总均方根加速度：1grms；时间：1min。
120.按照本实施例进行3d打印碳化硅镜头加固补强，顺利通过1grms随机振动力学实验，加固验证前后面型变化0.002λ。证明本实施例的测角方法切实可行。
121.本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。