[发明专利]基于光辐射熔融技术的颗粒物成型方法

说明书

本发明公开了一种基于光辐射部分熔融的大颗粒成型方法，也公开了一种基于光辐射完全熔融的少颗粒成型方法，该方法通过光辐射，使得大颗粒或者少颗粒部分熔融或者完全熔融，成型为具有一定形状特征的成型体。本发明大大降低了空间运输成本，完全熔融成型方法为通用性技术方案，无论是导体颗粒还是介质颗粒，无论是低熔点颗粒物质还是高熔点颗粒物质，通过调节辐照能量、辐照时间和辐照位置，均能实现优质的颗粒物质成型方面的需要。

技术领域

本发明属于颗粒物处理与成型技术领域，可用于基于颗粒物质熔融技术的3D打印设备，也可用于在月表/火星表面利用月壤/火星土壤进行冶金或基础建设施工。

背景技术

颗粒物质由于加工处理较为方便，一直是工业制造及基建施工的重要原料。本发明采用高能量密度的光辐射方法，照射并熔融颗粒，调节温度使熔化态的颗粒凝固，获得与基底材料间较优的力学性能。

本发明适用于多种颗粒物质，通过光辐射产生的高温使其熔化进而塑造出较为精确的外部形状，可用于高熔点物质的3D打印机设计。本发明的另一项重要用途是针对月球土壤或者火星土壤，利用光辐射使得土壤样品熔融，达到预先设定的化学反应温度，通过还原反应从中提炼金属、半导体和其他物质；光辐射熔融技术也可用于处理月球及火星表面土壤，使其整体固化具备较好的力学性能，实施行星表面的基础建设。

发明内容

基于此，本发明的发明目的在于提供一种基于光辐射熔融技术的颗粒物成型方法，该方法通过调节光辐射参数，使颗粒物质的熔融及凝固过程可控，从而达到成型的目的。

本发明采用了如下的技术方案：

基于光辐射部分熔融的大颗粒成型方法，包括以下步骤：

1)构建具有辐射光源的移动平台，辐射光源通过设置在移动机构上方的云台机构进行支撑，通过移动平台的移动和云台机构的转动，能够实现辐射光源在较大面积上对任意位置的辐照；

2)堆砌具有一定外形特征的颗粒物堆积体，然后再利用辐射光源扫描照射每一个需要照射的位置，通过调节辐射光源的能量密度和辐照时间，调节熔融颗粒物质的深度，待颗粒物质凝固之后，即形成具有一定外形特征的颗粒物质堆积体。

其中，所述大颗粒成型方法适用于处理大量颗粒物质，仅对其表面进行熔融固化处理。

进一步地，所述成型方法适合于利用颗粒物质进行建筑建设的场合。

基于光辐射完全熔融的少颗粒成型方法，包括以下步骤：

1构建三套装置即辐射光源及调节装置、颗粒物补给机构和移动基底，其中辐射光源及调节装置主要提供辐照能量用于熔融颗粒物质；颗粒物补给机构主要用于向指定位置处补给颗粒物质；移动基底主要用于支撑来自颗粒物补给机构的颗粒物质，以移动到适当位置；

2在移动基底移动到适当位置后，调节辐射光源的调节装置使得辐射光源对移动基底上的颗粒物进行辐射，通过控制辐照能量、辐照时间，使得颗粒物质熔融成型。

其中，所述完全熔融成型方法适合于处理少量的颗粒物质，在可控的环境条件下进行精细化的成型操作。

相比于现有技术，本发明熔融固化成型的颗粒物质具有良好的力学性能，外表面熔融成型方法应用于月球及火星，建筑建设用原材料可完全利用原位资源，可大大降低空间运输成本；而完全熔融成型方法为通用性技术方案，无论是导体颗粒还是介质颗粒，无论是低熔点颗粒物质还是高熔点颗粒物质，通过调节辐照能量、辐照时间和辐照位置，均能实现优质的颗粒物质成型方面的需要。

附图说明

图1为实施基于光辐射部分熔融的大颗粒成型方法的装置示意图；

其中，1-移动平台，2-云台机构，3-辐射光源，4-辐照区域，5-已熔融成型区域，6-未熔融成型区域，7-颗粒物堆积体；