[发明专利]气旋式空气冷却微重力铣削机

说明书

本申请公开气旋式空气冷却微重力铣削机，并公开用于在微重力系统中执行消减加工的气旋式系统。气旋式系统包括：罩体、鼓风机以及用于从铣床收集碎屑的碎屑收集模块。罩体包括顶板、基板和将顶板连结到基板的渐缩侧壁。该罩体限定腔室，以容纳具有切割工具的铣床。鼓风机产生气流，该气流引发气旋式空气流，以实现碎屑在罩体内的气旋式分离。在操作中，气旋式空气流将来自铣床的碎屑朝向基板推进并且进入铣床中。

技术领域

本公开主要涉及制造，更具体地涉及用于在微重力系统中执行消减加工的系统、方法和设备。

背景技术

人类逐渐在太空中花费更多时间的趋势促使政府和私人对在太空制造的概念产生兴趣。离开和进入地球大气层的成本为在轨道上和/或地球环境外制造零件提供了明确的经济动机。例如，修复空间站、卫星、太空舱等。然而，目前的能力非常有限。例如，美国国家航空航天局(NASA)在国际空间站上操作两台熔融式沉积成型(FDM)三维(3D)打印机，这些打印机能够在国际空间站的微重力环境下打印塑料零件。FDM 3D打印以及大多数增材制造工艺都存在缺点。例如，一些3D打印技术需要液体或粉末基质，这些基质不适合微重力。其它FDM 3D打印技术限制于低强度塑料。最后，大多数增材制造工艺需要额外的消减加工(精加工)工艺，以实现适合用于更高精度航天认证硬件的公差。

NASA一直在积极开发称为电子束自由成形制作(EBF3)的金属3D打印技术，该技术通过使用电子束连续熔融金属进料线轴来构建尺寸微大(即近净)的金属零件。通过设计，该技术对于微重力是理想的，并且在能量和材料使用方面是高效的，但是具有与构建部件零件时形成的熔化金属池的相对大且难以控制的直径相关的限制。因此，EBF3制造的部件具有远低于工程工作中采用的标准/预期值的表面抛光和公差。例如，由EBF3工艺沉积的部件通常表现出在特性上粗糙的层状表面抛光。此外，壁厚和表面抛光二者均高度依赖于熔化金属池的性质。为了精制EBF3沉积的部件，可采用消减后加工工艺来除去材料的量以使近净零件达到所需的净形状(即，最终尺寸/形状)。然而，目前还没有在微重力中执行消减加工的方式。因此，需要用于在微重力中执行消减加工的系统、方法和设备。

发明内容

本公开主要涉及制造，更具体地涉及用于在微重力中执行消减加工的气旋式(cyclonic)系统、方法和设备。

根据第一方面，用于在微重力系统中执行消减加工的气旋式系统包括：罩体，其具有顶板、基板和将顶板连结到基板的渐缩侧壁，其中罩体限定腔室以容纳具有切割工具的铣床；鼓风机，来产生气流以用于引发气旋式空气流以在罩体内实现气旋式分离，其中气旋式空气流被配置成将来自铣床的碎屑朝向基板推进；以及碎屑收集模块，以收集来自铣床的碎屑。