[發明專利]一種太空環境3D打印的地面模擬實驗設備

在審

• 申請號: 201610069435.0
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105716892A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 田小永;王清瑞;楊春成;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及航天領域、3D打印技術領域，具體涉及一種太空環境3D打印的地面模擬實驗設備。

背景技術

隨著人類對太空的探索越來越深入，人們對太空在軌實驗的要求也隨之提高。以往，用于進行太空在軌實驗的實驗設備、用于支持太空生存的相關設備都在地面完成設計制造，并伴隨航天器發射到太空，而其局限性也非常明顯，航天器攜帶設備的尺寸有限、航天器運載的效率過低，以上因素對太空在軌實驗有著很大制約。而傳統的加工工藝需要復雜且長周期的制造流程，使得制造過程只能在地面進行，并由航天器攜帶到太空。然而，隨著3D打印技術的不斷成熟，在軌制造也逐漸成為了可能。目前，我國正處于制造業由中低端向中高端轉移的進程，發展航天領域的3D打印技術可以大大提高我國在高端制造領域的實力。

3D打印技術有著適于在軌制造的優勢，主要包括：3D打印機占用空間不大、從設計到制造所需時間短、材料利用率高、制造成本低。在目前比較成熟的多種3D打印技術中，熔融沉積成型技術由于所受重力因素影響最小，適合應用于太空領域進行制造。熔融沉積成型技術采用的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等，其原理是材料在噴頭內被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時擠出熔融材料，材料迅速固化并與周圍的材料粘結，并通過層層累加的方式快速制造出所需零件。

由此可見，將3D打印技術應用于太空環境制造是一項很有前景的選擇。然而，現有3D打印工藝及裝備尚不能在太空環境下直接應用，主要有如下三方面原因：

1)目前還沒有為3D打印提供高真空環境模擬環境，因此，不能保證其在高真空狀態下能夠正常工作；

2)目前還沒有為3D打印提供太空熱輻射環境模擬環境，因此，不能保證其在太陽輻射、地球反照及地球紅外輻射的熱流環境下能夠正常工作；

3)目前還沒有為3D打印提供低溫和黑背景模擬環境，因此不能保證其在超低溫熱沉環境下能夠正常工作。

為了使3D打印設備在太空的高真空、超低溫熱沉、熱輻射環境下正常工作，需要在地面進行模擬太空極端環境的3D打印實驗，目前的3D打印設備不能夠實現上述模擬環境。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種太空環境3D打印的地面模擬實驗設備，能夠在地面模擬高真空、超低溫熱沉、熱輻射環境進行3D打印試驗。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種太空環境3D打印的地面模擬實驗設備，包括箱體2，箱體2的上部為打印腔，箱體2的下部為箱底8，箱底8內設置有真空泵，真空泵能夠將打印腔抽成高真空，打印腔的一側連接有用于3D打印的機械臂4，另一側連接有輻射加熱裝置6，打印腔的箱門5相對的背板上連接有低溫冷卻裝置3，機械臂4的下方設有加熱底板7，加熱底板7和箱體2之間進行隔熱處理。

所述的箱體2打印腔內設有兩個溫度傳感器，其中一個溫度傳感器置于輻射加熱裝置6前面測量高溫，另一個溫度傳感器置于遠離輻射加熱裝置6的位置用以測量箱內的低溫環境溫度，通過兩個溫度傳感器得到的數據了解箱體2打印腔的溫差情況。

所述的箱體2頂部設有法蘭盤，法蘭盤上安裝有航空插座1，箱內的機械臂4、溫度傳感器、加熱底板7的導線通過航空插座1連接到箱外以保證箱體2內的密封狀態。

所述的箱體2打印腔內壁涂敷熱輻射吸收比高的航天專用黑漆。

所述的機械臂4能夠多自由度3D打印。

本發明的有益效果：

箱體2通過抽真空用來模擬高真空環境，低溫冷卻裝置3以及箱內內壁涂有的航天專用黑漆用來模擬超低溫熱沉環境，輻射加熱裝置6用來模擬以太陽輻射、地球反照及地球紅外輻射為主的熱輻射環境，本發明能夠在地面模擬高真空、超低溫熱沉、熱輻射環境進行3D打印試驗。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。

參照圖1，一種太空環境3D打印的地面模擬實驗設備，包括箱體2，箱體2的上部為打印腔，箱體2的下部為箱底8，箱底8內設置有真空泵，真空泵能夠將打印腔抽成高真空，打印腔的一側連接有用于3D打印的機械臂4，另一側連接有輻射加熱裝置6，打印腔的箱門5相對的背板上連接有低溫冷卻裝置3，機械臂4的下方設有加熱底板7，加熱底板7和箱體2之間進行隔熱處理。