[發明專利]纖維增強桁架結構和金屬連接件的一體化增材制造方法

在審

• 申請號: 202110620902.5
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113334759A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 趙少凡;張琪;劉明;張從發;董雯;宋堅;姚偉;白海洋;汪衛華
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B22F10/22;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 北京智乾知識產權代理事務所(普通合伙) 11552
• 代理人: 華冰

本發明公開了一種纖維增強桁架結構和金屬連接件的一體化增材制造方法,包括以下步驟：S1、在基板上打印纖維增強復合纖維復合材質的桁架結構桿件；S2、在需要設置金屬連接件的位置，預留底孔或底槽；S3、將預先備好的與所述底孔或底槽相適配的金屬預埋件放入該底孔或底槽；S4、以所述金屬預埋件為基底，進行金屬材質增材制造，打印出第一個金屬臺階段，并在所述金屬臺階周圍打印纖維增強復合纖維復合材料；S5、以第一個所述金屬臺階為基底，打印金屬連接段，并在其周圍打印復合纖維材料；S6、繼續以已形成的金屬材質為基底，打印金屬連接件。該方法不僅可以打印單一材質的桿件結構，而且可以完成不同材質的復雜結構的一體化成形制造。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其涉及一種纖維增強桁架結構和金屬連接件的一體化增材制造方法。

背景技術

深空探測是當前和未來航天領域的重點發展方向。目前，除空間站之外，所有航天器均是在地面完成制造和試驗驗證后，通過運載火箭送入軌道。由于運載火箭外包絡體積限制、結構承載沖擊強度約束等原因，傳統的“地面制造、在軌展開”方式嚴重制約了航天器載荷的尺寸，極大地限制了航天器性能提升。

空間大型桁架結構廣泛應用于大型天線、在軌探測長基線和大型支撐結構等，其在設計及使用時需滿足高剛度、大尺寸、輕量化等典型功能需求，通常采用纖維增強復合材料制造而成。

另外，金屬材料可制造成具有高面型精度的部件，力學性能方面具有各向同性，可用于安裝載荷的連接件等。

綜合以上航天器任務需求分析，面向大型空間結構的太空制造需同時突破金屬材料、纖維復合材料的太空增材制造技術。同時，如何實現大型桁架結構及金屬連接件的一體化增材制造制造，尤其是在軌制造，是本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的就是提供一種纖維增強桁架結構和金屬連接件的一體化增材制造方法，該方法不僅可以打印單一材質的桿件結構，而且可以完成不同材質的復雜結構的加工制造，可以在軌實現以纖維增強復合材料為主體的大型零部件或大型桁架結構的連續制造。

本發明是通過以下技術方案實現的，一種纖維增強桁架結構和金屬連接件的一體化增材制造方法，包括以下步驟：

S1、在基板上打印纖維復合材質的桁架結構桿件；

S2、在需要設置金屬連接件的位置，設置打印路徑，并預留底孔或底槽；

S3、將預先備好的與所述底孔或底槽相適配的金屬預埋件放入該底孔或底槽；

S4、以所述金屬預埋件為基底，進行金屬材質增材制造，打印出第一個金屬臺階段，并在所述金屬臺階周圍打印纖維復合材料；

S5、以第一個所述金屬臺階為基底，打印出一段直徑小于所述金屬臺階段的連接段，并在其周圍打印纖維復合材料；

S6、繼續以已形成的金屬材質為基底，打印金屬連接件。

在上述技術方案的基礎，本發明還可以有以下進一步的改進方案。

進一步，步驟S1中，所述桿件被打印為中空結構；步驟S2中，同時按實心桿打印方式設置打印路徑。

進一步，步驟S2中，所述底孔或底槽為圓形或錐形。

進一步，步驟S3中，所述預埋件與所述底孔或底槽為過盈配合。

進一步，步驟S5后，至少再打印出一個金屬臺階段。

進一步，所述金屬臺階段為柱形或錐形。

進一步，在預埋件與纖維復合材質之間、金屬材質與纖維復合材質之間打印粘接劑層。

進一步，所述粘接劑層為樹脂材質。

進一步，所用的所有打印原料均為絲材。