[发明专利]一种吸热防护材料结构件的增材制造方法

说明书

本发明提供了一种吸热防护材料结构件的增材制造方法，包括：1：制备得到吸热复合材料；2：设计吸热防护复合材料结构件三维数模，得到吸热防护材料结构件的成型轨迹数据；3：将三维数模导入增材制造设备，将吸热复合材料导入低温真空料仓，控制加热喷嘴出口温度和挤出速度，喷嘴依据成型轨迹逐层成型得到吸热防护材料结构件胚体；4：将二氧化硅导入粉体料仓，将酚醛树脂和发泡助剂导入泡沫成型料仓，依据成型轨迹在X、Y、Z三轴方向上在所述吸热防护材料结构件胚体表面逐层喷涂成型隔热层。本发明的增材制造方法具有制造异型结构件的优势，操作简单、生产效率高，加工制得的吸热防护材料结构件性能优异，吸热效果好。

技术领域

本发明涉及热防护技术领域，具体涉及一种吸热防护材料结构件的增材制造方法。

背景技术

目前，吸热防护材料结构件普遍用于飞行器、轨道交通工具、汽车等诸多领域，以确保在火烧情况下保证内部记录芯片能够完整下载运行数据，从而进行事故原因判定，一般吸热防护材料主要成分为相变材料。由于吸热防护材料结构件需满足高温环境性能要求，不仅需考虑要高于高温试验项目测试温度，以免在试验时即发生相转变。同时，也要考虑记录芯片印制板的最高耐受温度，保证高温环境不损坏印制板，所以吸热防护材料需低于印制板最高耐受温度才能起到保护作用。但是，对有特殊要求的异型吸热防护材料结构件难加工或无法加工，影响了在相关领域的应用。因此，研究吸热防护材料成型新工艺是极为迫切的需要。

熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)也称熔融沉积挤出成型，通过FDM增材制造设备中的喷嘴挤出材料，依据设计的结构件CAD数模成型轨迹逐层成型，经逐层叠加，最终形成三维实体。

相变材料(Phase Change Material，PCM)是随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。吸热防护材料中添加的相变材料在相变储能过程中，材料近似恒温，可以有效控制体系温度。所述吸热防护材料中使用的相变材料为固-固相变材料，固-固相变材料在相变过程中无液体或气体产生，具有能直接加工成形、相变体积变化小、性能稳定、无毒、无腐蚀、无污染等优点。

二氧化硅平均孔径为2-50nm，多空率为80-99.8％，比表面积高达800-1000m²/g以上，属于典型的介孔材料。而且耐温可达1000℃，在常温下二氧化硅气凝胶的热导率仅为0.017W/m·K，具备超级绝热材料的特征。

酚醛泡沫是以酚醛树脂、发泡剂和其他助剂制备而成，具有导热系数低，绝热性能好，抗火焰穿透，吸水率低，防蒸汽渗透强的特点。将酚醛泡沫和二氧化硅充分、均匀混合后，喷涂于吸热防护复合材料结构件胚体表面，能够起到一定的隔热效果，降低传导至吸热防护复合材料结构件胚体的温度，再通过吸热防护复合材料吸收热量确保存储芯片印制板不损坏。

基于且不限于上述材料性能特点，并结合增材制造技术新工艺优势，可成型常规或异型结构特征的吸热防护复合材料结构件，且生产成本低，生产效率高，吸热效果好。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种吸热防护材料结构件的增材制造方法，该增材制造方法可用于制造异型结构件，操作简单、生产效率高，加工制得的吸热防护材料结构件性能优异，吸热效果好。

本申请实施例提供以下技术方案：一种吸热防护材料结构件的增材制造方法，包括如下步骤：

步骤1：按组分和配比制备得到吸热复合材料，取酚醛树脂、发泡助剂，以及直径为20-35μm的二氧化硅备用；

步骤2：设计吸热防护复合材料结构件三维数模，依据三维数模得到吸热防护材料结构件的成型轨迹数据；