[发明专利]利用3D打印技术制备碳纤维反射镜的方法

说明书

利用3D打印技术制备碳纤维反射镜的方法，属于光学元件制备技术领域。解决了现有技术中碳纤维反射镜的制备工艺不适合大口径球面镜、非球面镜及具有复杂轻量化结构的反射镜的制备的问题。本发明的方法，先制备反射镜面板模具，然后制备反射镜面板、反射镜轻量化结构和反射镜基板，然后将反射镜面板的碳纤维浸布面粘接在反射镜轻量化结构的上表面上，将反射镜基板粘接在反射镜轻量化结构的下表面，修边，得到反射镜镜坯；再在反射镜镜坯的树脂层的上表面制备金属层；最后对金属层抛光或车削，完成碳纤维反射镜的制备。该方法减少了加工时间，降低了成本，提高了加工精度，适用于大口径球面、非球面及复杂轻量化结构反射镜的加工。

技术领域

本发明属于光学元件制备技术领域，具体涉及一种利用3D打印技术制备碳纤维反射镜的方法。

背景技术

碳纤维反射镜具有密度低、热性能优良、高比强度和高比刚度等优点，相比于金属反射镜及玻璃反射镜等，更能满足光学反射镜轻量化的要求，所以，近年来，在光学遥感领域应用尤其广泛。

随着科技的发展，对空间遥感器的分辨率需求越来越高，而分辨率的提升，在一定程度上取决于光学成像系统口径的大小，口径越大，光学成像系统的分辨率越高；因此，大口径反射镜的研制尤为重要。

现有技术中，碳纤维反射镜的制备工艺是在碳纤维反射镜基体上粘接光学薄玻璃反射镜面。反射镜基体的制备工艺为：先根据待制备的碳纤维反射镜加工反射镜基体模具，然后在反射镜基体模具上涂覆脱模剂，得到脱模层，并在脱模层上铺设多层碳纤维织布，最后脱模，修研，得到反射镜基体。但是，这种制备工艺仅针对于碳纤维凸面反射镜和碳纤维平面反射镜简单易行，但凹面碳纤维反射镜(尤其是球面、非球面反射镜)，需要削磨光学玻璃制备凸面模具，凸面模具在制备时由于反射面是发散的，模具加工难度大，而且在表面精度检测时，对检测仪器要求较高，存在成本高等问题。中国专利106094079A公开了一种碳纤维凹面反射镜制备工艺，该制备工艺，先采用光学玻璃为材料，制备与待制备的碳纤维凹面反射镜镜面结构相同的凹面反射镜模具，然后在凹面反射镜模具上涂脱模剂并在脱模剂上铺多层碳纤维预浸布，将铺好的碳纤维预浸布固化成型，脱模，得到凸面碳纤维反射镜模具，再在凸面碳纤维反射镜模具上涂脱模剂并在脱模剂上铺多层碳纤维预浸布，将铺好的碳纤维预浸布固化成型，脱模，得到凹面碳纤维反射镜镜坯；最后对凹面碳纤维反射镜镜坯进行表面处理，得到碳纤维凹面反射镜；大大解决了凹面反射镜制备工艺成本高、模具加工难度大等问题，但是由于采用二次复制法，便多制备了一个模具，因此精度和加工时长都有待进一步提升。

而且，现有技术中，传统的反射镜轻量化形式已经不满足于发展需求，已有许多拓扑优化结果在保证刚度的前提下大大的提高了轻量化率，但轻量化的具体形式多用且复杂，如李叶文在《空间大尺寸长条反射镜轻量化及其柔性支撑技术研究》中的优化结果，轻量化结构的肋板厚度不一，Jiazhen Liu和Bo Jiang在论文《Topology optimizationdesign of a space mirror》利用变密度法对反射镜进行优化，结构如图2所示，大大的提升了轻量化率，但是反射镜模具加工难度也大大提升。未来碳纤维反射镜的轻量化形式会多样且复杂，需要新的加工形式。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中碳纤维反射镜的制备工艺不适合大口径球面镜及非球面镜的制备，且不适合具有复杂轻量化结构的反射镜的制备的问题，进一步提高碳纤维反射镜的面形精度，缩短碳纤维反射镜的加工时间，提供一种利用3D打印技术制备碳纤维反射镜的方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

利用3D打印技术制备碳纤维反射镜的方法，该碳纤维反射镜包括反射镜面板、反射镜轻量化结构和反射镜基板，包括以下步骤：

步骤一、反射镜面板模具的制备

1a)采用3D打印技术，打印与待制备的反射镜面板结构相同的反射镜面板凹模具；

1b)对反射镜面板凹模具的凹表面和凸表面进行高精度加工；