[發明專利]基于靜電采集輸運送粉聚光熔融的月壤3D打印裝置

在審

• 申請號: 202011487801.7
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112643845A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王超;姚偉;張光;呂曉辰
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B28B17/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京善任知識產權代理有限公司 11650
• 代理人: 張振偉

本發明公開了一種基于靜電采集輸運送粉聚光熔融的月壤3D打印裝置，其包括：靜電采集輸運送粉組件、聚光熔融組件和3D打印控制平臺；靜電采集輸運送粉組件基于電場，對月壤顆依次進行篩分采集、操控輸運和噴射送粉；聚光熔融組件通過匯聚的光源將送粉顆粒進行燒結熔融成型；3D打印控制平臺根據三維實體構建的圖像進行移動，以使靜電采集輸運送粉組件的送粉位置和聚光熔融組件的聚焦光斑位置一致。本發明在月面環境下實現月壤顆粒可控采集、輸運和送粉功能，結合聚焦光源燒結熔融，在避免激光3D打印低效的太陽能?電?光?熱多級轉換損耗的同時，可以實現能源的原位補給和循環使用，避免物質損耗，實現月壤顆粒的致密成型。

技術領域

本發明涉及月壤3D打印技術領域，特別是涉及一種基于靜電采集輸運送粉聚光熔融的月壤3D打印裝置。

背景技術

近年來，太空探索的熱度、廣度和深度都得到顯著提升，重返月球、載人火星等極具挑戰性的探索任務逐步實施，也迅速催生了地月經濟圈、小行星采礦、月球開發及太空制造等新興領域。原位資源利用(ISRU)技術能夠降低探測任務的質量、造價、風險以及對地球物資、能源的補給依賴，是未來重大太空探索任務的使能技術。月壤3D打印技術是ISRU的重要組成部分和新興前沿技術，也是月球基地建設和持久運行維護的關鍵技術手段，將為可承受、可持續的航天任務提供支撐，開拓人類太空探索活動新邊疆。

月壤3D打印是指利用月壤材料的增材制造，不僅能夠滿足月球基地持久運營所需的關鍵部件需求，還能實現基本工具和可替換零部件的原位生產補給，是未來月球基地運行維護的關鍵支撐性技術。其中，月壤作為3D打印的重要原料，自身具有形狀不規則(異形)、粒徑分布范圍寬以及顆粒帶電特性，導致月壤顆粒輸運過程可控性差，易出現顆粒團簇、粘壁以及堵塞輸運通道等典型問題，并且月壤材料的多組分含量和高粘性特征，使得月壤3D打印過程易出現裂紋、氣孔以及球化等成型工藝缺陷，導致月壤3D打印致密性較差。

月壤3D打印作為新興前沿技術，近年來得到國內外學者的廣泛關注并開展了嘗試性研究工作，按照工藝流程，月壤3D打印主要包括月壤顆粒采集、輸運、進樣和熔融燒結四個環節。在月壤顆粒采集與輸運方面，常用的方法包括電場、振動、氣力和氣體電離等多種方法，但由于月壤顆粒的異形、多粒徑級配以及帶電特征，導致機械振動、氣力輸運方法容易造成月壤顆粒團簇、粘壁以及堵塞輸運通道等難題，無法實現月壤顆粒的精確輸運和操控，此外，氣力輸運還面臨氣體工質損耗問題；在進樣和熔融燒結方面，月壤3D打印按照熱源不同，可以分為月壤激光3D打印、月壤太陽光3D打印以及月壤微波3D打印等，但上述工藝方法基本采用鋪粉進樣方式，受限于匯聚能量燒結月壤的高質量熔池，進而獲得的模擬月壤成型件致密性較差，工藝參數還需深入摸索。

發明內容

基于上述原因，本發明實施例提供了一種基于靜電采集輸運送粉聚光熔融的月壤3D打印裝置，解決現有技術中的月壤3D打印裝置運輸的月壤顆粒困難，成型件致密性較差問題。

本實施例提供了一種基于靜電采集輸運送粉聚光熔融的月壤3D打印裝置，包括：靜電采集輸運送粉組件、聚光熔融組件和3D打印控制平臺；

所述靜電采集輸運送粉組件用于基于電場，對月壤顆依次進行篩分采集、操控輸運和噴射送粉；

所述聚光熔融組件用于通過匯聚的光源將送粉顆粒進行燒結熔融成型；

所述3D打印控制平臺用于根據三維實體構建的圖像進行移動，以使所述靜電采集輸運送粉組件的送粉位置和所述聚光熔融組件的聚焦光斑位置一致。

可選的，所述靜電采集輸運送粉組件包括：靜電采集部件、靜電輸運部件和靜電送粉部件；

所述靜電采集部件用于基于電場對月壤顆粒進行提取和初次篩分；

所述靜電輸運部件用于基于電場將采集顆粒進行定向輸運；

所述靜電送粉部件用于基于電場將輸運的顆粒粉末噴射到目標位置。