[發(fā)明專利]面向微重力真空環(huán)境的月球表面原位資源3D打印裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910349345.0
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110039771B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋波;張磊;史玉升
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;B29C64/20;B29C64/307;B29C64/25;B29C64/255;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發(fā)明公開了一種面向微重力真空環(huán)境的月球表面原位資源3D打印裝置，屬于太空增材制造領(lǐng)域。該裝置通過月球表面原位資源的抓取和篩分單元月壤和月塵等表面顆粒材料進行獲取和篩分；通過噴墨成形3D打印成形單元，利用篩分出的顆粒材料進行3D打印，適用于月球表面的微重力真空環(huán)境以及未來月球基地大型構(gòu)件的3D打印制造。本發(fā)明由于直接利用月球表面原位資源作為打印耗材，無需通過太空運輸?shù)姆绞綌y帶至月球，因此大大節(jié)約運輸能耗，降低制造成本，特別適用于月球基地建筑設(shè)施、機械零部件等構(gòu)件的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太空增材制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種面向微重力真空環(huán)境的月球表面原位資源3D打印裝置。

背景技術(shù)

3DP(Three Dimensional Printing and Gluing)，三維打印粘結(jié)成形、噴墨沉積，也被稱為黏合噴射(Binder Jetting)、噴墨粉末打印(Inkjet Powder Printing)。該工藝屬于“液體噴印成形”這一大類。工藝類似于傳統(tǒng)的2D噴墨打印機，是最為貼合“3D打印”概念的成形技術(shù)之一。最早由美國麻省理工學院(MIT)于1993年開發(fā)。該技術(shù)基本原理是利用噴頭噴黏結(jié)劑，選擇性地粘結(jié)粉末來成形三維零件。其工藝流程如下：(1)首先對預打印零件的三維CAD模型進行分層切片，獲得每層零件的輪廓信息；(2)然后鋪粉機構(gòu)在加工平臺上精確地鋪上一薄層粉末材料；(3)噴墨打印頭再根據(jù)這一層的截面形狀在粉末上噴出一層特殊的粘結(jié)劑，噴到粘結(jié)劑的薄層粉末發(fā)生固化；(4)然后在這一層上再鋪上一層一定厚度的粉末，打印頭按下一截面的形狀噴粘結(jié)劑；(5)如此層層疊加，重復(2)～(4)，從下到上，直到把一個零件的所有層打印完畢。然后把未固化的粉末清理掉，得到一個三維實物原型，成形精度可達0.09mm。在無人化智能生產(chǎn)、快速成形方面具有得到巨大優(yōu)勢。

鑒于地球人口的不斷增加和人類生存環(huán)境的日趨惡化，人們對太空探索傾注了極大的熱情。月球作為距離地球最近的天體，低重力、高真空等環(huán)境與太空環(huán)境接近，適合作為深空探測和科學研究基地。同時，人類已探明月球蘊含豐富資源，具有很高的利用價值。但在月球上建立基地存在較大困難。原因有如下：一是如果從地球運輸生產(chǎn)材料到月球表面，則需要重型運載火箭多次發(fā)射，不但成本代價高昂，而且建設(shè)周期長，二是建設(shè)月球基地初期無法將大部分工人運輸?shù)皆虑颍瑹o人化智能生產(chǎn)極度需求。

此外，現(xiàn)今的機械零件、框架結(jié)構(gòu)等的生產(chǎn)需要如銑削設(shè)備、焊接設(shè)備、施工電梯等大量器械，同時需要技術(shù)熟練的技術(shù)工人，這些條件在月表建筑的制造中都難以滿足。而現(xiàn)有的外太空3D打印裝置，如“太空環(huán)境下的3D打印實現(xiàn)方法、打印單元及噴絲流量控制方法”(公開號：CN105172134A)，則均是外部攜帶材料到太空進行3D打印工作，攜帶材料上太空本身就浪費了大量的運輸資源，不利于月球等外太空基地的建設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種面向微重力真空環(huán)境的月球表面原位資源3D打印裝置，其目的在于，通過在3D打印設(shè)備中引入月球表面原位資源的抓取和篩分機構(gòu)，實現(xiàn)微重力真空環(huán)境下直接利用月球表面原位資源進行產(chǎn)品的快速制造，從而無需從地球攜帶相應的原材料進入太空，大大節(jié)約運輸資源。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種面向微重力真空環(huán)境的月球表面原位資源3D打印裝置，包括月球表面原位資源的抓取和篩分單元，以及噴墨3D打印成形單元；

所述月球表面原位資源的抓取和篩分單元，包括第一鋪粉器、機械手以及篩網(wǎng)；機械手用于采集月球表面原位資源并送至篩網(wǎng)進行篩選；

所述噴墨3D打印成形單元，包括粗粉儲粉缸、細粉儲粉缸、工作缸、回收缸、第二鋪粉器、噴嘴、Z軸直線模組、X軸直線模組及Y軸直線模組；