本公开提供了一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，该基板装置包括地外星壤或其模拟物的烧结块、金属框架结构和固定机构。所述金属框架结构具有至少一贯穿空腔，所述地外星壤或其模拟物的烧结块嵌于所述金属框架结构的贯穿空腔内；所述固定机构安装于所述金属框架结构上，用于固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置。本公开还提供了一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置的组装方法。本公开利用原位烧结的地外星壤及其模拟物的烧结块作为3D打印的基板材料，并与易于加工且可重复利用的金属框架结构组合成基板装置，从而达成在3D打印过程中快速更换基板和降低成本的目的，并可用于地外基地的建造，有效地实现地外资源的原位利用。有效地实现地外资源的原位利用。有效地实现地外资源的原位利用。
【技术实现步骤摘要】
一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法
[0001]本公开涉及深空探测
，尤其涉及一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法。
技术介绍
[0002]地外基地的建设是目前世界航天强国研究的重要课题，3D打印技术作为一种重要的原位资源利用技术，有望为未来的地外基地建设提供重要的技术支撑。目前的研究结果证实，3D打印技术能够制造复杂形状的地外星壤及其模拟物的构件，使用激光或汇聚太阳光等作为3D打印的热源能够将地外星壤或其模拟物的粉末完全融化，可以制造出几乎完全致密且不需要烧结和后处理步骤的零件。
[0003]在探索激光3D打印地外星壤及其模拟物材料的加工工艺参数的过程中，基板材料和结构的选择是非常重要的内容。基板材料与3D打印成形件之间的结合程度越好，成形件在3D打印过程中的热应力影响下越不容易发生翘曲和变形。而基板的结构需要满足3D打印过程的要求，如具有特定的形状和尺寸，基板表面有较高的平整度等，以保证3D打印过程中粉末床的质量，以及保证基板与打印试样的良好结合。在基板材料种类的选择方面，金属材料具有很好的加工性能，但是金属材料和地外星壤及其模拟物材料之间的化学结构存在很大差异，这导致大部分金属材料和地外星壤及其模拟物材料之间的润湿性和可焊接性较差，因此金属材料不适合作为上述3D打印过程的基板材料。使用陶瓷块体材料，如刚玉材料，或地外星壤及其模拟物的烧结块体作为基板，可以在一定程度上解决成形件与基板结合差的问题。但是陶瓷材料的可加工性较差，如果使用陶瓷材料直接制造整块的异形基板来满足3D打印过程对基板形状和尺寸的要求，需要对陶瓷块体进行切割、磨平、钻孔等一系列复杂操作，加工工艺繁琐、成本较高，因此这些加工操作并不适合在地外环境中实施。在地外星球的原位制造技术中，原位烧结技术和原位熔融铸造技术能够制备比较致密的块体材料，但是受到地外环境的资源限制和地外星壤材料本身的脆性问题，在复杂形状零件的制备成形方面仍有较大困难。
[0004]另外，出于原位资源利用的角度，同时考虑到加工、维修和更换成本等问题，3D打印地外星壤及其模拟物使用的基板，其结构设计最好能够满足以下条件：原材料尽量从地外星球的原位资源中获取，获取过程简单快捷，基板容易加工成形，成本较低，容易更换，重复使用率较高等。这些地外建造的特殊环境对3D打印地外星壤及其模拟物使用的基板装置提出了新的设计要求。
技术实现思路
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本公开的主要目的在于提出一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本公开采用的技术方案如下：
[0009]本公开提供了一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，用于装配到3D打印设备中使用，该基板装置包括地外星壤或其模拟物的烧结块、金属框架结构和固定机构，其中：所述金属框架结构具有至少一贯穿空腔，所述地外星壤或其模拟物的烧结块嵌于所述金属框架结构的贯穿空腔内；所述固定机构安装于所述金属框架结构上，用于固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置。
[0010]上述方案中，所述地外星壤或其模拟物的烧结块是由地外星壤采用原位烧结或原位熔融铸造方法制备而成，且能够重复使用。
[0011]上述方案中，所述金属框架结构采用的材料为铝合金、不锈钢或钛合金，由机械加工制备而成，且能够重复使用。
[0012]上述方案中，所述金属框架结构的形状配置灵活，其外部轮廓的形状根据适配的3D打印设备来确定，其内部贯穿空腔的形状根据内嵌的所述地外星壤或其模拟物的烧结块的形状来确定。
[0013]上述方案中，所述金属框架结构的贯穿空腔的形状和所述地外星壤或其模拟物的烧结块的形状均为易于烧结加工得到的立方体形、圆柱形或四方体形。
[0014]上述方案中，所述地外星壤或其模拟物的烧结块的上表面与所述金属框架结构的上表面齐平。
[0015]上述方案中，所述固定机构为平头螺丝，用于从侧面固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置。
[0016]上述方案中，所述平头螺丝的规格和尺寸是根据所述金属框架结构的配置而决定，所述平头螺丝的长度满足从侧面固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置的需要。
[0017]上述方案中，所述平头螺丝的螺帽完全沉入所述金属框架结构内设置的的沉头孔内。
[0018]上述方案中，所述平头螺丝的尾部与所述地外星壤或其模拟物的烧结块接触的表面是平整的，以增加所述平头螺丝与所述地外星壤或其模拟物的烧结块之间的接触面积，增强固定效果。
[0019]本公开还提供了一种组装3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置的方法，包括：
[0020]S1：准备地外星壤或其模拟物的烧结块、金属框架结构和固定机构；
[0021]S2：将地外星壤或其模拟物的烧结块与金属框架结构的上表面倒置于硬质水平面上；
[0022]S3：将倒置的地外星壤或其模拟物的烧结块嵌入倒置的金属框架结构内，并保持地外星壤或其模拟物的烧结块与金属框架结构的上表面与硬质水平面的贴合；
[0023]S4：采用固定机构从侧面固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置，得到3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置。
[0024]上述方案中，步骤S2中所述的硬质水平面采用水平放置的洁净的玻璃板。
[0025]上述方案中，步骤S4中所述的采用固定机构从侧面固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置，在安装完成后，所述地外星壤或其模拟物的烧结块的上表面与所述金属框架结构的上表面齐平。
[0026]上述方案中，步骤S4之后还包括：S5：将得到的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置正置，并安装在3D打印设备中。
[0027](三)有益效果
[0028]从上述技术方案可以看出，本公开提供的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法，具有以下有益效果：
[0029]1、在地外环境下，3D打印使用的异形基板加工困难，而且与规则形状的烧结块体相比，异形基板的加工成本昂贵。本公开提供的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法，利用原位烧结的地外星壤及其模拟物的烧结块作为3D打印的基板材料，并与易于加工且可重复利用的金属框架结构组合成基板装置，从而能够达成在3D打印过程中快速更换基板和降低成本的目的。
[0030]2、本公开提供的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法，使用的基板块尺寸与整块基板的尺寸相比较小，在3D打印过程完成之后，更容易将3D打印试件与基板进行快速分离。
[0031]3、本公开提供的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置及其组装方法，通过倒置安装和侧面固定的方法，能够快速地将烧结块的上表面与金属框架结构的上表面调整为同一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，用于装配到3D打印设备中使用，其特征在于，该基板装置包括地外星壤或其模拟物的烧结块、金属框架结构和固定机构，其中：所述金属框架结构具有至少一贯穿空腔，所述地外星壤或其模拟物的烧结块嵌于所述金属框架结构的贯穿空腔内；所述固定机构安装于所述金属框架结构上，用于固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置。2.根据权利要求1所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述地外星壤或其模拟物的烧结块是由地外星壤采用原位烧结或原位熔融铸造方法制备而成，且能够重复使用。3.根据权利要求1所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述金属框架结构采用的材料为铝合金、不锈钢或钛合金，由机械加工制备而成，且能够重复使用。4.根据权利要求3所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述金属框架结构的形状配置灵活，其外部轮廓的形状根据适配的3D打印设备来确定，其内部贯穿空腔的形状根据内嵌的所述地外星壤或其模拟物的烧结块的形状来确定。5.根据权利要求4所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述金属框架结构的贯穿空腔的形状和所述地外星壤或其模拟物的烧结块的形状均为易于烧结加工得到的立方体形、圆柱形或四方体形。6.根据权利要求1所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述地外星壤或其模拟物的烧结块的上表面与所述金属框架结构的上表面齐平。7.根据权利要求1所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述固定机构为平头螺丝，用于从侧面固定所述地外星壤或其模拟物的烧结块与所述金属框架结构的相对位置。8.根据权利要求7所述的3D打印地外星壤及其模拟物的基板装置，其特征在于，所述平头螺丝的规格...
【专利技术属性】
技术研发人员：易新，王道宽，庞甲飞，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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