[發明專利]一種面向微重力環境的太空艙內3D打印裝置

有效

• 申請號: 202110430050.3
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113274856B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王莉;李文;裴躍琛;羅鈺;張林濤;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01D53/38
• 分類號: B01D53/38;B01D53/78;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 朱偉軍;耿慧敏

本申請公開了一種面向微重力環境的太空艙內3D打印裝置，涉及3D打印技術領域。不僅能夠實現對電池圖案化結構及大面積功能層的高質量打印，而且對還能對打印過程中產生的廢氣進行處理，避免污染太空環境。該3D打印裝置包括密閉倉、電流體3D打印裝置、負壓系統和廢氣處理裝置；其中，電流體3D打印裝置設置在密閉倉內；負壓系統能夠吸入密閉倉外部的氣體，并將電流體3D打印裝置排出的廢氣導流至廢氣處理裝置；廢氣處理裝置能夠將廢氣處理為無污染的氣體。本申請用于提升3D打印裝置的性能。

技術領域

本申請涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種面向微重力環境的太空艙內3D打印裝置。

背景技術

目前，國際空間站所需物品大多需要在地面上加工完成后，再通過運載火箭和飛船送達。該方法的缺點是：1、被運輸物品的體積受整流罩大小的限制；2、運輸周期長；3、運輸成本高。為了解決上述技術問題，太空制造應運而生。太空制造不僅可直接利用太陽能、原材料等空間資源，實現自我維持，而且，太空制造的空間微重力環境也使得原位制造、組裝超大尺寸構件成為可能。

3D打印技術又稱為增材制造技術，是一種利用激光、電子束或其它手段逐層疊加而直接、快速、精確地制造出零件的方法。該技術可實現產品個性化、定制化生產，在成本、效率和產品質量方面優勢突出，是制造技術的一次重大飛躍。未來在地球外層空間，使用3D打印技術按需制造零部件，可逐步消除太空探索對地球的依賴，帶來顯著的經濟和社會效益。

太陽能作為空間站中最易利用且最廣泛的能源，實現太陽能電池的太空3D打印可以有效的解決太空中亟待解決的能源問題。但是，在常見的幾種增材方式中，熔融沉積3D打印只可以打印絲材，無法滿足太陽能電池打印的材料要求且精度不達標；噴墨打印過程中，液滴在微重力飛行過程中容易受外力干擾產生液滴的飛濺導致設備損壞；對于面曝光3D打印，材料、層厚無法滿足要求且可打印面積受限。因此，開發一種用于太空艙內打印太陽能電池的3D打印裝置具有重要意義。

發明內容

本申請的實施例提供一種面向微重力環境的太空艙內3D打印裝置，不僅能夠實現對電池圖案化結構及大面積功能層的高質量打印，而且對還能對打印過程中產生的廢氣進行處理，避免污染太空環境。

為達到上述目的，本申請的實施例提供了一種面向微重力環境的太空艙內3D打印裝置，包括密閉倉、電流體3D打印裝置、負壓系統和廢氣處理裝置；所述電流體3D打印裝置設置在所述密閉倉內；所述負壓系統能夠吸入所述密閉倉外部的氣體，并將所述電流體3D打印裝置排出的廢氣導流至所述廢氣處理裝置；所述廢氣處理裝置能夠將所述廢氣處理為無污染的氣體。

進一步地，所述電流體3D打印裝置包括近場直寫3D打印裝置或靜電霧化裝置。

進一步地，所述近場直寫3D打印裝置包括供液裝置、導電噴嘴、第一基板、第一三軸移動平臺和第一高壓電源；所述供液裝置與所述導電噴嘴連通，并為導電噴嘴提供打印溶液；所述第一三軸移動平臺能夠帶動所述導電噴嘴沿Z軸移動，并帶動所述第一基板沿X軸或Y軸移動；所述第一高壓電源與所述導電噴嘴電連接；所述第一三軸移動平臺接地。

進一步地，所述第一三軸移動平臺包括第一Z軸移動機構和第一XY軸移動平臺，所述導電噴嘴設置在所述第一Z軸移動機構上，所述第一基板設置在所述第一XY軸移動平臺上。

進一步地，所述靜電霧化裝置包括靜電噴頭、第二三軸移動平臺、第二基板、第二高壓電源、環狀電極、靜電屏蔽板和第三高壓電源；所述第二三軸移動平臺能夠帶動所述靜電噴頭沿Z軸移動，并帶動所述第二基板沿X軸或Y軸運動，所述靜電屏蔽板和所述環狀電極均位于所述靜電噴頭與所述第二基板之間，且所述靜電屏蔽板靠近所述靜電噴頭設置；所述靜電噴頭與所述第二高壓電源的正極電連接；所述環狀電極與所述第三高壓電源的正極電連接，所述第二三軸移動平臺和所述靜電屏蔽板均接地。

進一步地，所述第二三軸移動平臺包括第二Z軸移動機構和第二XY軸移動平臺，所述靜電噴頭設置在所述第二Z軸移動機構上，所述第二基板設置在所述第二XY軸移動平臺上。