[发明专利]一种多功能一体化增材制造装置

说明书

本发明公开了一种多功能一体化增材制造装置，包括：机座、安装于所述机座的供料模块、打印执行模块及热控模块；所述供料模块包括至少两个丝材原料供应源，分别对应金属和纤维增强复合非金属材料；所述打印执行模块包括分别与各丝材原料供应源相连的打印供料头及一个高能束热源装置，各所述打印供料头围绕安装在所述高能束热源装置周围；所述热控模块设于所述打印执行模块四周，用于在打印时进行温度控制。该装置不仅可以应用于地面的金属和纤维增强复合非金属零部件的增材制造，而且可以在轨实现以纤维增强复合材料为主体的大型桁架结构的连续制造。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种多功能一体化增材制造装置。

背景技术

深空探测是当前和未来航天领域的重点发展方向。目前，除空间站之外，所有航天器均是在地面完成制造和试验验证后，通过运载火箭送入轨道。由于运载火箭外包络体积限制、结构承载冲击强度约束等原因，传统的“地面制造、在轨展开”方式严重制约了航天器载荷的尺寸，极大地限制了航天器性能提升。

空间大型桁架结构广泛应用于大型天线、在轨探测长基线和大型支撑结构等，其在设计及使用时需满足高刚度、大尺寸、轻量化等典型功能需求，通常采用纤维增强复合材料制造而成。目前大型桁架结构在地面制造时主要在结构设计和尺寸两方面受到制约。一方面，受限于整流罩的尺寸，桁架必须采用折叠收拢展开等形式，尺度越大，对于铰链、关节等展开机构的复杂程度和可靠程度要求越高。另一方面，桁架在发射过程中必须承受较大的比重冲击和振动，结构整体重量和设计的优化范围非常有限。

同时，金属材料具有优异的导电、传热、耐久、耐热性等特点，是通信、侦察、遥感等大型卫星平台关键载荷天线的组成部分。空间大型有效载荷需实现特定电、磁等信号的发射、接受、传输等功能，通常采用金属材料制成。另外，金属材料可制造成具有高面型精度的部件，力学性能方面具有各向同性，可用于安装载荷的连接件等。

综合以上航天器任务需求分析，面向大型空间结构的太空制造需同时突破金属材料、纤维增强复合非金属材料的太空增材制造技术。因此，针对空间大型桁架结构在轨制造及大型载荷在轨装配需求，提出以实现“多功能一体化增材制造”的增材制造装置，具有重要空间应用前景。

发明内容

本发明的目的就是提供一种多功能一体化增材制造装置，该装置不仅可以应用于地面的金属和非金属零部件的增材制造，而且可以在轨实现以纤维增强复合材料为主体的大型零部件或大型桁架结构的连续制造。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种多功能一体化增材制造装置，包括：机座、安装于所述机座的供料模块、打印执行模块及热控模块；

所述供料模块包括至少两个丝材原料供应源，分别对应金属和纤维增强非金属材料；

所述打印执行模块包括分别与各丝材原料供应源相连的打印供料头及一个高能束热源装置，各所述打印供料头围绕安装在所述高能束热源装置周围；

所述热控模块设于所述打印执行模块四周，用于在打印时进行温度控制。

进一步，所述高能束热源装置的端部为锥形结构，各所述打印供料头与所述锥形结构的锥面外侧活动连接，可沿所述锥形结构的母线方向自由移动。

进一步，所述供料模块包括三个原料供应源，分别为合金金属丝材、纤维增强复合材料丝材及热塑性聚合物丝材。

进一步，所述机座包括横梁及两个相对的立板，两所述立板的内侧设有相对的第一直线滑道，所述第一直线滑道与水平面呈预设夹角，所述横梁的两端与所述第一直线滑道活动连接，可沿所述第一直线滑道上下移动。

进一步，所述打印执行模块及所述横梁之间设有运动连接件，所述打印执行模块通过所述运动连接件与所述横梁活动连接，所述打印执行模块可沿所述横梁的长度方向自由移动，并且可绕所述横梁转动。

进一步，所述运动连接件包括第一滑座、第二滑座、第三滑座及连杆；