[发明专利]一种适用于微重力空间环境的3D打印系统及方法

权利要求书

1.一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，包括：

外壳(1)及设于该外壳(1)外部的控制单元(2)；

设于所述外壳(1)内部的工作台(12)及设于该工作台(12)上的基板(11)，所述基板(11)与工作台(12)固定，工作台(12)底部与传动丝杆相连，可实现三自由度运动；

送料单元，其包括储料装置(4)、设于该储料装置(4)一端的送料机构(6)，以及设于所述储料装置(4)另一端的顶出机构(3)，非晶合金材料(5)储存于储料装置(4)中，所述储料装置(4)中装有复位弹簧，可将非晶合金材料(5)压出至顶出位置，由所述控制单元(2)控制顶出机构(3)，将非晶合金材料(5)经由送料机构(6)连续均匀地输送至加工前端，送料机构(6)内有夹持部件，可起固定非晶合金材料(5)的作用；

以及加工头部件，其包括小型激光器(7)，该小型激光器(7)发出的激光束(8)作用于非晶合金材料(5)的顶端，在基板(11)或成形零件上表面熔化成形，从而打印出不同几何形状的零件。

2.根据权利要求1所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，包括热源(10)，所述热源(10)设于所述基板(11)的一端上方，并通过热传导、热辐射覆盖所述3D打印成形零件，以对其进行整体保温，避免成形过程中温度梯度产生的残余应力过大，导致成形零件变形或开裂。

3.根据权利要求1所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，所述顶出机构(3)、储料装置(4)、送料机构(6)及小型激光器(7)同轴送料、加热、成形。

4.根据权利要求1所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，所述送料机构(6)顶部为隔热陶瓷材料制备而成，底部安装有发热部件，用于对材料进行预热，避免高温度梯度引起成形件开裂。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，3D打印材料既为非晶合金材料(5)或钛合金、铝合金、Ni基高温合金或其他晶态金属材料。

6.根据权利要求5所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，所述非晶合金材料(5)选择合金体系为Pd、Pt、Au、Zr、Ti、Fe、Cu、Ni、Al、Mg和/或Ce基具备激光熔化成形能力的非晶态合金。

7.根据权利要求6所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，所述非晶合金材料(5)为棒材、带材或丝材。

8.根据权利要求7所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印系统，其特征在于，所述非晶合金材料(5)在成形过程中始终保持被夹持状态，避免原材料在系统内散乱分布。

9.一种适用于微重力空间环境的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：将材料安装于储料装置内；

S200：控制单元启动，控制顶出机构将材料经由送料机构连续均匀地输送至加工前端；

S300：小型激光器启动，发出的激光束对所述材料端部进行加热成形，同时工作台根据待打印零件的成形路径运动，直至打印出不同几何形状的零件；

S400：控制单元控制热源开启，并通过热传导、热辐射覆盖所述零件，以对其进行整体保温，避免成形过程中温度梯度产生的残余应力过大，导致成形零件变形或开裂，待所述零件整体成形后缓慢冷却。

10.根据权利要求9所述的一种适用于微重力空间环境的3D打印方法，其特征在于，步骤S100中，材料为合金体系Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3，其玻璃转变温度385℃，晶化温度为470℃，最大铸造直径10mm，断裂韧性117MPa m1/2，疲劳强度为450MPa，弹性模量为82GPa。