一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统,包括自动换料盘装置耗材仓,主控中心与成形仓，其中主控中心控制系统的整体运行；耗材仓的内部设有第一料盘，第二料盘与第三料，所述成形仓上依次设有自动换料环、主送丝装置、感应加热喷头和基板；其中第一料盘上的第一线材依次经过第一线材续接装置和第一辅助送丝装置送入自动换料环；第二料盘的第二线材依次经过第二线材续接装置和第二辅助送丝装置送入自动换料环；第三料盘的第三线材依次经过第三线材续接装置、第三辅助送丝装置送入自动换料环。本发明专利技术为实现太空在轨制造装备的小型化与智能化，采用自动换料盘装置与线材续接装置，实现打印线材用尽后的自动换料与续接。与续接。与续接。

【技术实现步骤摘要】
一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法


[0001]本专利技术涉及连续纤维增强复合材料空间增材制造
，具体涉及一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法。

技术介绍

[0002]随着信息、材料、自动化、快速成型等技术的高速发展,特别是增材制造技术的进步,使太空制造技术取得突破性进展。与地面的环境相比，太空的长时微重力、强辐射、高真空、交变冷热循环等环境也给太空制造技术带来了新的科学问题，同时，太空制造装备也须满足高精度、低功耗、小型化、智能化等技术要求。
[0003]同时，与地面增材制造装备相比，在空间环境中，受到环境限制，热对流与热传导受到影响，传统热传递方式受到限制；同时在打印过程中需要尽可能提升能量利用率，降低能量损耗，因此需要对打印头的结构进行优化，以适应空间环境下的增材制造过程。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法，针对太空环境下微重力、高真空的特征，改进了增材制造系统的设计方案。
[0005]一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统,包括自动换料盘装置耗材仓,主控中心与成形仓，其中主控中心控制系统的整体运行；耗材仓的内部设有第一料盘，第二料盘与第三料，所述成形仓上依次设有自动换料环、主送丝装置、感应加热喷头和基板；其中第一料盘上的第一线材依次经过第一线材续接装置和第一辅助送丝装置送入自动换料环；第二料盘的第二线材依次经过第二线材续接装置和第二辅助送丝装置送入自动换料环；第三料盘的第三线材依次经过第三线材续接装置、第三辅助送丝装置送入自动换料环。
[0006]进一步的，所述自动换料环包括主环体,所述主环体上分别设有第一丝束过道，第二丝束过道和第三丝束过道；其中高密封转动轴承安装在主环体的中心端。
[0007]进一步的，其中第一线材续接装置、第二线材续接装置和第三线材续接装置结构形状一致，其中第一线材续接装置包括上模和下模；其中上模上设有第一加热棒和第一铠装热电偶；所述下模上设有第二铠装热电偶和第一加热棒。
[0008]进一步的，感应加热喷头的最上方为固定支架，连接管与固定支架直接相连，下方为热传递模块，热传递模块的下方为打印喷嘴。
[0009]进一步的，其中所述热传递模块上插有热电偶且外部绕有电磁感应加热线圈，同时热传递模块的内部存在封闭夹层，封闭夹层中充有大气或高热对流效率的气体。首先，为降低能耗，采用感应线圈进行感应加热，加热速度快，效率高。
[0010]针对太空中可能存在的高真空环境，真空中热量无法通过热对流传输，为提升加热效率，喷头内设有夹层，夹层中充有大气，热量在夹层位置可进行热传导传输，有利于热量传输效率的提升
[0011]一种面向太空在轨制造的多材料增材制造方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：耗材仓内部有第一料盘，第二料盘与第三料盘，当料盘内线材耗尽或需要更换时，自动换料盘装置进行自动换料，换料完成后第一线材续接装置，第二线材续接装置与第三线材续接装置自动触发，将更换后料盘上的线材与先前线材进行自动续接并继续打印，减少料盘更换后的人工干预；
[0013]步骤2：第一线材，第二线材，第三线材输送进成形仓后，分别通过第一辅助送丝装置，第二辅助送丝装置与第三辅助送丝装置并进一步向前输送；
[0014]步骤3：第一线材，第二线材，第三线材输送至自动换料环所在位置时，根据所需材料，自动换料环转动，将所需线材送至主送丝装置的正上方，同时所需线材对应的辅助送丝装置启动，将所需线材输送至主送丝装置位置处；
[0015]步骤4：切换材料时，外加电机带动高密封转动轴承转动，使对应丝束过道正对主送丝装置；这样就能切换材料换材料的方式是一个创新点，轴承盘上三个孔内放置有三种不同的材料，轴承盘转动可以切换喷头正上方的孔，输送不同的材料；多喷头存在增加重量，且多喷头加热浪费能耗。
[0016]步骤5：主送丝装置:启动，将线材输送至感应加热喷头内，此时感应加热喷头启动，对线材进行快速加热，同时线材输送并在基板上进行层层沉积，完成所需制件的成形。
[0017]进一步的，所用线材为纯树脂丝材或连续纤维丝材与短纤维增强复合丝材。
[0018]其中步骤1的续接方法是：在主控中心控制下，采用机械臂控制上、下模的合模，正常打印时，上下模分离，当需要续接线材时，机械臂将续接线材与剪断线材送至指定位置，然后中控系统控制、上下模进行加热，机械臂控制上下模合模，对热塑性线材进行续接，续接完成后，机械臂控制上下模分离，继续进行打印
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]1、为实现太空在轨制造装备的小型化与智能化，采用自动换料盘装置与线材续接装置，实现打印线材用尽后的自动换料与续接，减少了在太空环境下成形制件的人工干预。
[0021]2、针对空间在轨制造时的多材料成形需求，同时进一步减小设备体积与功耗，本专利技术采用自动换料环在成形过程种进行打印线材的快速切换，并采用单喷头进行打印，有效减少了设备重量与工作功耗。
[0022]3、针对太空环境的高真空特点，传统打印加热方式加热效率低，功耗大，本专利技术采用电磁感应加热的方式，可以实现打印过程的快速升温加热与低功耗稳定运行。同时为提高在高真空环境下的传热效率，
[0023]4、本专利技术采用的打印喷头的热传递模块中存在夹层，其中充有大气，有效提高了感应加热后的热传递效率并进一步降低了打印能耗。
附图说明
[0024]图1为面向太空在轨制造的多材料增材制造系统的系统布置图
[0025]图中：1自动换料盘装置，2第一料盘，3第二料盘，4耗材仓，5第一线材续接装置，6第二线材续接装置，7第二线材，8第二辅助送丝装置，9主控中心，10感应加热喷头，11成形仓，12基板，13主送丝装置，14自动换料环，15第一辅助送丝装置，16第三辅助送丝装置，17第一线材，18第三线材，19第三线材续接装置，20第三料盘；
[0026]图2为感应加热喷头的示意图，
[0027]图中：21固定支架，22热电偶，23打印喷嘴，24电磁感应加热线圈，25热传递模块，26连接管；
[0028]图3为自动换料环的截面图。
[0029]图中：27第一丝束过道，28主环体，29第二丝束过道，30第三丝束过道，31高密封转动轴承。
[0030]图4为第一续接装置的结构示意图；
[0031]图中：32
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第一加热棒，33
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第一铠装热电偶，34
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剪断线材，35
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第二铠装热电偶，36
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第二加热棒，37
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下模，38
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续接线材，39
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上模。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统，包括自动换料盘装置(1)耗材仓(4)，主控中心(9)与成形仓(11)，其中主控中心(9)控制系统的整体运行；耗材仓(4)的内部设有第一料盘(2)，第二料盘(3)与第三料盘(20)，所述成形仓(11)上依次设有自动换料环(14)、主送丝装置(13)、感应加热喷头(10)和基板(12)；感应加热喷头(10)的最上方为固定支架(21)，连接管(26)与固定支架(21)直接相连，下方为热传递模块(25)，热传递模块(25)下方为打印喷嘴(23)。2.根据权利要求1所述的一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统，其特征在于：其中第一料盘(2)上的第一线材(17)依次经过第一线材续接装置(5)和第一辅助送丝装置(15)送入自动换料环(14)；第二料盘(3)的第二线材(7)依次经过第二线材续接装置(6)和第二辅助送丝装置(8)送入自动换料环(14)；第三料盘(20)的第三线材(18)依次经过第三线材续接装置(19)、第三辅助送丝装置(16)送入自动换料环(14)。3.根据权利要求2所述的一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统，其特征在于：其中第一线材续接装置(5)、第二线材续接装置(6)和第三线材续接装置(19)结构形状一致，其中第一线材续接装置(5)包括上模(39)和下模(37)；其中上模(39)上设有第一加热棒(32)和第一铠装热电偶(33)；所述下模(37)上设有第二铠装热电偶和第一加热棒(36)。4.根据权利要求1所述的一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统，其特征在于：所述自动换料环(14)包括主环体(28),所述主环体(28)上分别设有第一丝束过道(27)，第二丝束过道(29)和第三丝束过道(30)；其中高密封转动轴承31安装在主环体(28)的中心端。5.根据权利要求1所述的一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：单忠德，范聪泽，郑菁桦，陈意伟，宋文哲，于肖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：