[发明专利]一种复杂曲面腔体结构频率选择表面的一体化制作方法

说明书

本发明公开了一种复杂曲面腔体结构频率选择表面的一体化制作方法，以多工艺复合3D打印为技术途径，采用FDM技术制作水溶性衬底，在衬底表面采用3D直写技术制作内层FSS图案，然后在其上打印腔体本体结构，腔体本体结构表面制作外层FSS图案，溶掉水溶性衬底，最终得到具有内外表面频选图案的复杂曲面腔体FSS结构。同时，通过本项发明的实践，在制作FSS图案之前需要对3D打印结构采取表面处理措施，提高FSS金属化图案成形质量和精度，保证复杂曲面腔体结构与内外表面FSS图案一体化制作。

技术领域

本发明属于飞行器气动设计领域，涉及一种频率选择表面(Frequency SelectiveSurface，FSS)的制作方法，特别是能够实现频率选择表面与复杂曲面腔体结构的一体化制作方法。

背景技术

频率选择表面可用于雷达天线罩、飞行器舱盖、卫星天线及其它结构。频率选择表面包含一到多层图案化金属层，表面频率选择性的性能水平一定程度上取决于表面上图案的制作精度。

目前，频率选择表面多限于平面表面或可由平面卷曲而成的简单曲率圆柱面及圆锥面等，复杂曲率表面上的频率选择表面制作难度较高，特别是复杂内腔表面的频率选择表面难以实现。现有技术通常将基底结构与FSS图案分开制作，先制作基底结构，再在结构表面实现金属化。且曲面FSS图案的制作方法存在局限性，如通过先制备柔性平面FSS，然后转移到曲面上进行拼接的方法，存在转移误差较大、拼接区之间导电连续性受到破坏等问题。基于掩膜光刻技术的曲面FSS制备方法，存在光刻工序流程繁琐、成本高昂，在不可展曲面上的应用受到限制等问题。电镀、化学镀配合激光刻蚀又容易受溶液流动差、电场分布不均以及内腔加工可达性制约等问题。3D打印技术被广泛应用于复杂结构的制作，随着技术的发展，表面功能化图案3D直写技术也逐渐成熟。多材料、多工艺3D打印技术的兴起，使复杂曲面腔体结构内外表面的频率选择表面FSS的一体化制作成为可能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种复杂曲面腔体结构频率选择表面的一体化制作方法，解决复杂曲率腔体结构内外表面上频率选择表面FSS的制作难题，将复杂曲面腔体结构与内外表面FSS图案一体化制作，满足空间飞行器复杂FSS部件的研制需求。

本发明的技术解决方案是：

本发明公开了一种复杂曲面腔体结构频率选择表面的一体化制作方法，包括：

步骤1：进行三维建模和3D打印预处理，得到三维模型；

步骤2：基于三维模型，在变位机基板上采用FDM技术打印水溶性内腔衬底支撑结构，对内腔衬底支撑结构的表面进行机械加工或化学蒸汽抛光处理，提高表面质量和光洁度；

步骤3：在步骤2产生的水溶性内腔衬底支撑结构的表面气雾喷射3D直写介质层1，在介质层1上用金属纳米墨水气雾喷射3D直写FSS图案阵列1，再在FSS图案阵列1表面气雾喷射3D直写介质层2作为保护层；

步骤4：在步骤3的介质层2上，采用CFF技术打印腔体本体结构，对腔体本体结构表面进行机械加工或化学蒸汽抛光处理；

步骤5：在腔体本体结构表面气雾喷射3D直写介质层3，在介质层3上用金属纳米墨水气雾喷射3D直写外表面FSS图案阵列2，再在FSS图案阵列2表面气雾喷射3D直写介质层4作为保护层；

步骤6：在介质层4上，重复步骤5，直到打印FSS图案阵列n、介质层n；n大于等于5；

步骤7：洗掉水溶性内腔衬底支撑结构，得到复杂曲面腔体结构。

在上述制作方法中，所述气雾喷射3D直写，工艺参数为：气雾喷射的喷头距离变位机基板的高度为1～5mm，喷头的运动速度20～150mm/s，喷射的单道次宽度10μm～3mm，喷射的单道层厚为100nm～2μm,线宽成形精度优于±10μm。