本实用新型专利技术涉及一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，解决现有3D打印装置缺乏精准的温控系统，而且系统无法折叠，不适合火箭运载和太空极端温度环境的问题。该装置包括固定架、送料系统、熔融器、出料装置、基板、三维运动平台、聚光罩和姿态调节系统；送料系统设置在固定架上，将打印材料送入熔融器内；熔融器设置在固定架上，用于加热打印材料；出料装置设置在熔融器内，用于将加热后的打印材料堆积在基板上；三维运动平台与基板连接；聚光罩设置在固定架上，用于聚焦太阳光，并将太阳光照射至熔融器，聚光罩为柔性可伸缩折叠聚光罩，姿态调节系统在固定架上，且与聚光罩连接，固定架上设置有追光传感器。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置
本技术涉及增材制造领域，具体涉及一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，特别可应用在太空增材制造领域。
技术介绍
增材制造(additivemanufacturing，AM)技术是根据CAD/CAM设计，采用逐层累积方法制造实体零件的技术，相对于传统的减材制造(切削加工)技术，它是一种材料累积的制造方法。增材制造技术俗称3D打印技术，是近30年快速发展的先进制造技术，其优势在于三维结构的快速和自由制造，被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造。3D打印是一种通过热源将原材料(粉末或丝材类金属、塑料、陶瓷、橡胶类等)软化或熔化后通过逐层打印的方式来构造物体的技术。热源的提供方式是该领域的关键技术，目前有多种提供形式，例如电阻热、感应加热、激光、电子束、电弧等等，这些热源都需要能源多次转化，能量利用率低，而且转化设备昂贵，且在成形过程中有辐射、噪声、射线等有害物质泄漏和释放，而太阳能作为一种环保、安全、无污染的新形能源，可以方便的直接实现光热转化，作为3D打印机的热源。随着航天技术的发展，探索深空、建设外星体基地乃至移民等逐渐提上研究日程。长期在轨居留的物资和生命保障、空间应用设施(卫星)的建造、太阳系内星球探索基地建设和运行，均很大程度依赖于如何实现高效、可靠、低成本的“空间制造”，低成本的“空间制造”可克服现有火箭运载方式在载重、体积、成本上对空间探索活动的限制，以获得深空探索所需的运载平台、工具与装备。地面太阳能的优点是能量巨大、分布普遍且无污染，然而受地理位置、大气、昼夜和云雨天气等因素的影响，地面太阳能的能量密度波动大、平均值小、效率低，到达某一地面目标的太阳能既是间断的又是极不稳定的，无法大规模、稳定地提供能源(中国地区每天平均能够利用的太阳能密度仅为140～250W/m2)。与地面太阳能相比，空间太阳能具有照射时间长、利用效率高、能流密度大、持续稳定、不受昼夜和气候影响等优点。在地球静止轨道上，太阳光功率密度可达1367W/m2，约为地面的5～10倍。理论上，如果在地球静止轨道上部署一条宽度为1km的太阳能光伏电池阵环带，那么，它在一年中接收到的太阳辐射能量约等于目前地球上已知可开采石油储量所包含能量的总和。因此，太空高真空条件(真空度小于10-5Pa)为3D打印过程提供了一个优异的制造环境，可避免地面制造过程中氧化、气孔夹杂等对零件性能的影响。但是，3D打印成形需要精准的温度场控制，目前已有基于太阳能加热的3D打印装置缺乏精准的温控系统，而且系统无法折叠，不适合火箭运载和太空极端温度环境。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有3D打印装置缺乏精准的温控系统，而且系统无法折叠，不适合火箭运载和太空极端温度环境的问题，为完成基于聚焦太阳光加热原理的3D打印装置的实现方法，提供一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置。本技术的技术方案是：一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，包括固定架、送料系统、熔融器、出料装置、基板、三维运动平台、聚光罩和姿态调节系统；所述送料系统设置在固定架上，将打印材料送入熔融器内；所述熔融器设置在固定架上，用于加热打印材料；所述出料装置设置在熔融器内，用于将加热后的打印材料堆积在基板上；所述三维运动平台与基板连接，使得基板移动；所述聚光罩设置在固定架上，用于聚焦太阳光，并将太阳光照射至熔融器，所述聚光罩为柔性可伸缩折叠聚光罩，所述姿态调节系统设置在固定架上，且与聚光罩连接，用于调节聚光罩的姿态，所述固定架上设置有追光传感器，用于太阳光强的检测和实现太阳光追踪。进一步地，所述送料系统包括设置在固定架上的丝架和送丝管，所述打印材料缠绕在丝架上，通过送丝管将打印材料送入熔融器内，或者所述送料系统为废料回收再生装置，包含粉碎机和螺旋送料机。进一步地，所述熔融器为坩埚，外表面设置有黑体涂层。进一步地，所述黑体涂层为电镀涂层、电化学表面转化涂层、真空镀涂层或涂料型涂层。进一步地，所述电镀涂层为黑铬涂层和黑镍涂层，所述电化学表面转化涂层为铝阳极氧化涂层、CuO转化涂层，所述涂料型涂层为PbS涂层。进一步地，所述聚光罩采用菲涅尔透镜、反光薄膜或柔性软质反光薄膜材料制成。进一步地，所述出料装置为螺旋挤出机。进一步地，所述熔融器上设置有温度传感器。进一步地，所述固定架上还设置有太阳能电池，用于给其他设备提供电能。本技术与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本技术装置通过姿态调节系统和追光传感器自动跟踪太阳，通过精确的温度控制实现材料成形。2.本技术装置聚光罩具备可折叠和展开的功能，折叠、轻质，便于火箭运输。3.本技术装置实现了太空打印耗材废料回收再生装置，实现了废料的再生和循环利用，并解决了微重力下物料漂浮不定，及对太空环境的污染。4.本技术聚焦太阳光加热，最大限度的利用了太阳光能作为3D打印熔融材料的热能，能量无需多次转换，大大提高了能量利用度，是一种绿色环保安全的3D打印方式。5.本技术装置在太空微重力环境下工作，材料的润湿和毛细作用增强，采用熔融堆积成形更有利于3D成形。附图说明图1为本技术基于聚焦太阳光加热原理的3D打印原理图；图2为本技术柔性可伸缩折叠聚光罩示意图；图3为本技术废料回收再生送料系统。附图标记：1-固定架，2-送料系统，3-熔融器，4-出料装置，5-基板，6-三维运动平台，7-聚光罩，8-姿态调节系统，9-追光传感器，10-太阳能电池，11-温度传感器，21-丝架，22-送丝管，23-粉碎机，24-螺旋送料机，71-伸缩架，72-伞把。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术的内容作进一步详细描述：本技术装置的原理是聚光罩7聚焦太阳光后，会在聚焦处积聚大量热能，打印材料通过送料系统2送入坩埚，坩埚处汇集了大量的太阳光热能，材料在坩埚中加热至熔融状态，然后通过螺杆挤出机挤压使熔融状态下的材料涂敷在基板5上，采用三维运动平台6的移动实现逐层打印的方式来构造所需物体。本技术装置可以打印塑料、陶瓷、金属等材料及复合材料，只要能够熔化并挤出成形的材料都可以采用该种方式，实现回收再生。如图1至图3所示，一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，包括固定架1、送料系统2、熔融器3、出料装置4、基板5、三维运动平台6、聚光罩7和姿态调节系统8。送料系统2设置在固定架1上，将打印材料送入熔融器3内，送料系统2实现了太空打印耗材的递送。若打印材料为新料，一般可以采用丝材或块材，则送料系统2包括设置在固定架1上的丝架21、送丝机和送丝管22，打印材料缠绕在丝架21上，通过送丝管22将打印材料送入坩埚；太空最合适的3D打印材料形状为丝材和块材，丝材由丝架21和送丝机将丝材递送入坩埚，块材，由送料口添加。或者送料系统2为废料回收再生装置，包含粉碎本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，其特征在于：包括固定架(1)、送料系统(2)、熔融器(3)、出料装置(4)、基板(5)、三维运动平台(6)、聚光罩(7)和姿态调节系统(8)；/n所述送料系统(2)设置在固定架(1)上，将打印材料送入熔融器(3)内；/n所述熔融器(3)设置在固定架(1)上，用于加热打印材料；/n所述出料装置(4)设置在熔融器(3)内，用于将加热后的打印材料堆积在基板(5)上；/n所述三维运动平台(6)与基板(5)连接，使得基板(5)移动；/n所述聚光罩(7)设置在固定架(1)上，用于聚焦太阳光，并将太阳光照射至熔融器(3)，所述聚光罩(7)为柔性可伸缩折叠聚光罩(7)；/n所述姿态调节系统(8)设置在固定架(1)上，且与聚光罩(7)连接，用于调节聚光罩(7)的姿态，/n所述固定架(1)上设置有追光传感器(9)，用于太阳光强的检测和实现太阳光追踪。/n
【技术特征摘要】
1.一种适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，其特征在于：包括固定架(1)、送料系统(2)、熔融器(3)、出料装置(4)、基板(5)、三维运动平台(6)、聚光罩(7)和姿态调节系统(8)；
所述送料系统(2)设置在固定架(1)上，将打印材料送入熔融器(3)内；
所述熔融器(3)设置在固定架(1)上，用于加热打印材料；
所述出料装置(4)设置在熔融器(3)内，用于将加热后的打印材料堆积在基板(5)上；
所述三维运动平台(6)与基板(5)连接，使得基板(5)移动；
所述聚光罩(7)设置在固定架(1)上，用于聚焦太阳光，并将太阳光照射至熔融器(3)，所述聚光罩(7)为柔性可伸缩折叠聚光罩(7)；
所述姿态调节系统(8)设置在固定架(1)上，且与聚光罩(7)连接，用于调节聚光罩(7)的姿态，
所述固定架(1)上设置有追光传感器(9)，用于太阳光强的检测和实现太阳光追踪。
2.根据权利要求1所述的适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，其特征在于：所述送料系统(2)包括设置在固定架(1)上的丝架(21)和送丝管(22)，所述打印材料缠绕在丝架(21)上，通过送丝管(22)将打印材料送入熔融器(3)内。
3.根据权利要求1所述的适用于太空基于太阳光加热的3D打印装置，其特征在于：所述送料系统(2)为废料回收...
【专利技术属性】
技术研发人员：李波波，任晓飞，刘旭，杨志伟，杜兴，卢秉恒，赵纪元，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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