[发明专利]一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法

说明书

本发明提供一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统,包括自动换料盘装置耗材仓,主控中心与成形仓，其中主控中心控制系统的整体运行；耗材仓的内部设有第一料盘，第二料盘与第三料，所述成形仓上依次设有自动换料环、主送丝装置、感应加热喷头和基板；其中第一料盘上的第一线材依次经过第一线材续接装置和第一辅助送丝装置送入自动换料环；第二料盘的第二线材依次经过第二线材续接装置和第二辅助送丝装置送入自动换料环；第三料盘的第三线材依次经过第三线材续接装置、第三辅助送丝装置送入自动换料环。本发明为实现太空在轨制造装备的小型化与智能化，采用自动换料盘装置与线材续接装置，实现打印线材用尽后的自动换料与续接。

技术领域

本发明涉及连续纤维增强复合材料空间增材制造技术领域，具体涉及一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法。

背景技术

随着信息、材料、自动化、快速成型等技术的高速发展,特别是增材制造技术的进步,使太空制造技术取得突破性进展。与地面的环境相比，太空的长时微重力、强辐射、高真空、交变冷热循环等环境也给太空制造技术带来了新的科学问题，同时，太空制造装备也须满足高精度、低功耗、小型化、智能化等技术要求。

同时，与地面增材制造装备相比，在空间环境中，受到环境限制，热对流与热传导受到影响，传统热传递方式受到限制；同时在打印过程中需要尽可能提升能量利用率，降低能量损耗，因此需要对打印头的结构进行优化，以适应空间环境下的增材制造过程。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统与方法，针对太空环境下微重力、高真空的特征，改进了增材制造系统的设计方案。

一种面向太空在轨制造的多材料增材制造系统,包括自动换料盘装置耗材仓,主控中心与成形仓，其中主控中心控制系统的整体运行；耗材仓的内部设有第一料盘，第二料盘与第三料，所述成形仓上依次设有自动换料环、主送丝装置、感应加热喷头和基板；其中第一料盘上的第一线材依次经过第一线材续接装置和第一辅助送丝装置送入自动换料环；第二料盘的第二线材依次经过第二线材续接装置和第二辅助送丝装置送入自动换料环；第三料盘的第三线材依次经过第三线材续接装置、第三辅助送丝装置送入自动换料环。

进一步的，所述自动换料环包括主环体,所述主环体上分别设有第一丝束过道，第二丝束过道和第三丝束过道；其中高密封转动轴承安装在主环体的中心端。

进一步的，其中第一线材续接装置、第二线材续接装置和第三线材续接装置结构形状一致，其中第一线材续接装置包括上模和下模；其中上模上设有第一加热棒和第一铠装热电偶；所述下模上设有第二铠装热电偶和第一加热棒。

进一步的，感应加热喷头的最上方为固定支架，连接管与固定支架直接相连，下方为热传递模块，热传递模块的下方为打印喷嘴。

进一步的，其中所述热传递模块上插有热电偶且外部绕有电磁感应加热线圈，同时热传递模块的内部存在封闭夹层，封闭夹层中充有大气或高热对流效率的气体。首先，为降低能耗，采用感应线圈进行感应加热，加热速度快，效率高。

针对太空中可能存在的高真空环境，真空中热量无法通过热对流传输，为提升加热效率，喷头内设有夹层，夹层中充有大气，热量在夹层位置可进行热传导传输，有利于热量传输效率的提升

一种面向太空在轨制造的多材料增材制造方法，包括以下步骤：

步骤1：耗材仓内部有第一料盘，第二料盘与第三料盘，当料盘内线材耗尽或需要更换时，自动换料盘装置进行自动换料，换料完成后第一线材续接装置，第二线材续接装置与第三线材续接装置自动触发，将更换后料盘上的线材与先前线材进行自动续接并继续打印，减少料盘更换后的人工干预；

步骤2：第一线材，第二线材，第三线材输送进成形仓后，分别通过第一辅助送丝装置，第二辅助送丝装置与第三辅助送丝装置并进一步向前输送；