[发明专利]一种微重力环境下材料3D打印系统

权利要求书

1.一种微重力环境下材料3D打印系统，在与外部环境绝热、内部环境惰性气氛保护的密封系统中工作，包括太空胶囊（1）、打印头子系统（2）、打印平台子系统（3）、控制子系统（4），其特征在于：所述太空胶囊（1）用于提供支撑和绝热环境；所述打印头子系统（2）、打印平台子系统（3）、控制子系统（4）固定连接在太空胶囊（1）内部基座上；

所述太空胶囊（1）包括密封箱体（11）、密封舱门（12）、箱体固定脚（13）、保温保压装置（14）和外界接口（15）；所述密封箱体（11）为双层结构的球形箱体，内层和外层之间为真空、起到绝热作用，密封箱体（11）内部与外界环境隔绝开来、形成独立系统，实现无热辐射、零排放，不会污染载人航天器、载人深潜器的内部空气；所述密封舱门（12），与密封箱体（11）活动连接，非工作状态下完成密封箱体（11）内部与外界之间的物质交换，包括设备安装、3D打印件取放，工作状态下完成密封箱体（11）内部与外界之间的密封，形成独立系统；所述箱体固定脚（13），安装在密封箱体（11）的外界，与空间站、飞船或星体表面固定连接，保证微重力环境下材料3D打印系统的稳定性；所述保温保压装置（14），固定连接在密封箱体（11）内部，工作状态下在密封箱体（11）内部形成具有一定温度和压力的惰性气氛环境，防止3D打印过程中的材料氧化，减小工件热应力、增加工件致密度，有利于工件成型；所述外界接口（15），包括连接器（151）、管接头（152），与密封箱体（11）活动连接，连接器（151）电连接密封箱体（11）内部与外界，管接头（152）气连接密封箱体（11）内部与外界，实现工作状态下微重力环境下材料3D打印系统内部与外界之间能量、物质和信息的交换。

2.根据权利要求1所述的一种微重力环境下材料3D打印系统，其特征在于：所述打印头子系统（2），包括打印支架（21）、熔丝送丝模块（22）、气体加热装置（23）、打印头保温装置（24）、喷嘴（25）；所述打印支架（21）与密封箱体（11）固定连接，用以安装熔丝送丝模块（22）、气体加热装置（23）、打印头保温装置（24）、喷嘴（25）；所述熔丝送丝模块（22）与打印支架（21）固定连接，包括熔丝装置（221）、送丝机构（222），所述送丝机构（222）在熔丝装置（221）上部，控制送丝机构（222）连续或断续送丝给熔丝装置（221），熔丝装置（221）熔化3D打印丝材；所述气体加热装置（23），一端与打印支架（21）固定连接输入加热的惰性气体，另一端与管接头（152）固定连接输出加热的惰性气体，调节、控制3D打印所需的惰性气体温度和流量；所述打印头保温装置（24），与喷嘴（25）固定连接，工作状态下在3D打印的正上方区域喷射高温惰性气体保护气流，防止金属微滴过早凝固和氧化。

3.根据权利要求2所述的一种微重力环境下材料3D打印系统，其特征在于：所述喷嘴（25）具有微通道结构，包括流体通道（251）、晶振杆（252）、出口通道（253）；所述流体通道（251）是流体入口，在喷嘴（25）上部，与熔丝装置（221）连接，其内壁表面有高毛细力的几何结构，熔融的材料在毛细力的驱动下沿着喷嘴内壁定向流动，避免形成大尺寸的、无速度的球形微滴；所述晶振杆（252），插入喷嘴（25）与流体接触，在高频驱动下产生振动，将流体分割成尺寸和频率都可控的流体微滴；所述出口通道（253），在喷嘴（25）下部，内壁光滑有利于流体微滴流过；所述气体加热装置（23）加热的惰性气体，从喷嘴（25）的外部流过形成负压区域，拖拽流体微滴加速从出口通道（253）喷射到载物平台（32），凝固后成型。