[发明专利]基于静电采集输运送粉聚光熔融的月壤3D打印装置

说明书

本发明公开了一种基于静电采集输运送粉聚光熔融的月壤3D打印装置，其包括：静电采集输运送粉组件、聚光熔融组件和3D打印控制平台；静电采集输运送粉组件基于电场，对月壤颗依次进行筛分采集、操控输运和喷射送粉；聚光熔融组件通过汇聚的光源将送粉颗粒进行烧结熔融成型；3D打印控制平台根据三维实体构建的图像进行移动，以使静电采集输运送粉组件的送粉位置和聚光熔融组件的聚焦光斑位置一致。本发明在月面环境下实现月壤颗粒可控采集、输运和送粉功能，结合聚焦光源烧结熔融，在避免激光3D打印低效的太阳能‑电‑光‑热多级转换损耗的同时，可以实现能源的原位补给和循环使用，避免物质损耗，实现月壤颗粒的致密成型。

技术领域

本发明涉及月壤3D打印技术领域，特别是涉及一种基于静电采集输运送粉聚光熔融的月壤3D打印装置。

背景技术

近年来，太空探索的热度、广度和深度都得到显著提升，重返月球、载人火星等极具挑战性的探索任务逐步实施，也迅速催生了地月经济圈、小行星采矿、月球开发及太空制造等新兴领域。原位资源利用(ISRU)技术能够降低探测任务的质量、造价、风险以及对地球物资、能源的补给依赖，是未来重大太空探索任务的使能技术。月壤3D打印技术是ISRU的重要组成部分和新兴前沿技术，也是月球基地建设和持久运行维护的关键技术手段，将为可承受、可持续的航天任务提供支撑，开拓人类太空探索活动新边疆。

月壤3D打印是指利用月壤材料的增材制造，不仅能够满足月球基地持久运营所需的关键部件需求，还能实现基本工具和可替换零部件的原位生产补给，是未来月球基地运行维护的关键支撑性技术。其中，月壤作为3D打印的重要原料，自身具有形状不规则(异形)、粒径分布范围宽以及颗粒带电特性，导致月壤颗粒输运过程可控性差，易出现颗粒团簇、粘壁以及堵塞输运通道等典型问题，并且月壤材料的多组分含量和高粘性特征，使得月壤3D打印过程易出现裂纹、气孔以及球化等成型工艺缺陷，导致月壤3D打印致密性较差。

月壤3D打印作为新兴前沿技术，近年来得到国内外学者的广泛关注并开展了尝试性研究工作，按照工艺流程，月壤3D打印主要包括月壤颗粒采集、输运、进样和熔融烧结四个环节。在月壤颗粒采集与输运方面，常用的方法包括电场、振动、气力和气体电离等多种方法，但由于月壤颗粒的异形、多粒径级配以及带电特征，导致机械振动、气力输运方法容易造成月壤颗粒团簇、粘壁以及堵塞输运通道等难题，无法实现月壤颗粒的精确输运和操控，此外，气力输运还面临气体工质损耗问题；在进样和熔融烧结方面，月壤3D打印按照热源不同，可以分为月壤激光3D打印、月壤太阳光3D打印以及月壤微波3D打印等，但上述工艺方法基本采用铺粉进样方式，受限于汇聚能量烧结月壤的高质量熔池，进而获得的模拟月壤成型件致密性较差，工艺参数还需深入摸索。

发明内容

基于上述原因，本发明实施例提供了一种基于静电采集输运送粉聚光熔融的月壤3D打印装置，解决现有技术中的月壤3D打印装置运输的月壤颗粒困难，成型件致密性较差问题。

本实施例提供了一种基于静电采集输运送粉聚光熔融的月壤3D打印装置，包括：静电采集输运送粉组件、聚光熔融组件和3D打印控制平台；

所述静电采集输运送粉组件用于基于电场，对月壤颗依次进行筛分采集、操控输运和喷射送粉；

所述聚光熔融组件用于通过汇聚的光源将送粉颗粒进行烧结熔融成型；

所述3D打印控制平台用于根据三维实体构建的图像进行移动，以使所述静电采集输运送粉组件的送粉位置和所述聚光熔融组件的聚焦光斑位置一致。

可选的，所述静电采集输运送粉组件包括：静电采集部件、静电输运部件和静电送粉部件；

所述静电采集部件用于基于电场对月壤颗粒进行提取和初次筛分；

所述静电输运部件用于基于电场将采集颗粒进行定向输运；

所述静电送粉部件用于基于电场将输运的颗粒粉末喷射到目标位置。