[發明專利]一種多材料可控輻射屏蔽宇航服組件增材制造方法

有效

• 申請號: 202010626022.4
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111844758B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 曹毅;郝冠哲;賀健康;吳垠;王宇濤;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;D01D5/00;B64G6/00;B33Y50/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種多材料可控輻射屏蔽宇航服組件增材制造方法，先根據輻射要求制備成打印用的專用材料；然后根據宇航員身體構造、屏蔽部位的不同，設計具有不同材料組分比例、密度的各部位屏蔽組件結構；在計算機中對各部位屏蔽組件結構進行切片處理得到離散化數據，進行打印路徑規劃，打印出宇航服各部位的輻射屏蔽部件；最后通過靜電紡絲工藝噴射出微納米尺度的連續纖維，使其附著在輻射屏蔽部件的之間，形成柔性的輻射屏蔽纖維層，輻射屏蔽纖維層將各個部位的輻射屏蔽部件連接起來形成柔性一體化的輻射屏蔽宇航服組件；本發明克服了傳統宇航服輻射屏蔽性能不可調節的缺點，也解決了由多層縫屏蔽材料縫制引起的柔性和舒適性差的問題。

技術領域

本發明屬于輻射屏蔽技術領域，具體涉及一種多材料可控輻射屏蔽宇航服組件增材制造方法。

背景技術

宇航服是航天員出艙活動生存、行動以及開展探索任務的基本裝備，不僅要為宇航員能提供必要氧氣等人類必備生存條件，同時還需要具有阻隔極端溫度變化、維持壓力以及屏蔽高能宇宙射線的能力。在宇航員艙外探索過程中，空間粒子的輻射影響最為顯著，空間輻射主要來源于銀河宇宙射線(galacticcosmicrays,GCR)和太陽高能粒子(solarenergeticparticles,SEP)，GCR主要指來自于銀河系的高能帶電粒子，若暴露在空間輻射環境下，遭受空間高能粒子長時間的輻照，人體器官接收到的輻射劑量累積到一定閾值會誘發癌變，甚至威脅宇航員的生命安全，因此，宇航服必須要實現針對空間輻射的有效屏蔽。

隨著人類深空探索活動范圍逐步擴大，未知的宇宙輻射帶來了不確定性，輻射射線種類的變化，以及人類的身體特征對于輻射屏蔽的要求各不相同，對宇航服的屏蔽輻射性能提出了新的挑戰，現有的宇航服是將具有輻射屏蔽效果的材料與其他紡織物進行混合紡織的方式來縫制宇航服以達到其功能性，但其內部功能材料組分相對固定，輻射屏蔽功能相對單一，無法適應人體各個部位的不同輻射屏蔽要求；此外，由多層屏蔽材料縫制的方式制作宇航服輻射屏蔽組件工藝繁瑣，且輻射屏蔽組件的柔性相對較差，在一定程度限制了宇航員活動靈活性和舒適性。

增材制造技術的出現，為解決上述問題帶來了新的思路，增材制造是一種全數字化驅動的宏/微結構一體化集成制造工藝，它通過CAD設計數據與控制系統，將液態/粉末/絲材等材料在計算機控制下層層堆積成形來制造實體零件的技術，具有可成形多種材料、復雜結構的優勢。面向宇航服輻射屏蔽組件的增材制造技術需要針對宇航員防護部位的不同結構、不同要求，通過多種工藝和結構設計實現定制化、柔性化的宇航服模塊式制造。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供一種多材料可控輻射屏蔽宇航服組件增材制造方法，通過宏觀結構與微觀界面的控制，采用多材料、多工藝的增材制造方法可控地打印出適應不同身體結構、不同輻射屏蔽性能要求的柔性宇航服屏蔽組件。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種多材料可控輻射屏蔽宇航服組件增材制造方法，包括以下步驟：

步驟一：根據輻射要求，選取材料，材料分為基體材料和功能材料；基體材料為具有耐輻照性、高耐溫性、高強度的聚合物材料；功能材料為具有隔熱、輻射屏蔽作用的功能材料；將基體材料和功能材料按照所需的比例均勻混合制備成打印用的專用材料；

步驟二：根據宇航員身體構造、屏蔽部位的不同，設計具有多層級或者多區域的結構，以適應宇航員的生物學特征差異，同時根據被保護身體部位的需求，設計具有不同材料組分比例、密度的各部位屏蔽組件結構；

步驟三：在計算機中對步驟二的各部位屏蔽組件結構進行切片處理得到離散化數據，然后進行打印路徑的規劃，再將步驟一中制備的專用材料送入3D打印設備中，打印出符合宇航服各部位的輻射屏蔽部件，使其符合宇航員的人體特征尺寸和功能設計要求；