[發明專利]一種用于航天器部件連接的3D打印多模態隔振結構

在審

• 申請號: 202211730945.X
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116201836A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 沈理達;周凱;謝德巧;田宗軍;呂非;高雪松;王林;劉江
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京航空航天大學無錫研究院
• 主分類號: F16F7/12
• 分類號: F16F7/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 陶得天

本發明公開了一種用于航天器部件連接的3D打印多模態隔振結構，涉及三維打印結構技術領域。該結構可以優化航天器減振隔振性能，提高航天器傳感器工作性能，相對于傳統方法制造的零部件結構相對簡單緊湊。所述多模態隔振結構包括為多層結構，每層包括呈陣列分布的若干形狀形同的晶格單元；所述晶格單元包括承力基座以及三個彈性網絡，三個彈性網絡由內到外相互嵌套，并且三個彈性網絡與承力基座保持固定連接。提高了航天器隔振零部件的工作性能，擴充了增材制造在航空航天領域的應用。

技術領域

本發明涉及三維打印結構技術領域，尤其是涉及航天器零部件連接段的結構設計與加工方法。

背景技術

隨著航空航天工業的發展，人們對于飛行零部件一體化要求越來越高，尤其是在航天器隔振單元設計上，伴隨著航天的不同飛行姿態，航天器對結構的剛度要求不同。如在航天器的起飛階段需要剛度較小的隔振單元來緩解航天器起飛階段振動對靈敏部件的破壞，而當飛行器到達一定高度后，尤其是在航天器搭載系統正常工作階段，過于靈敏的隔振單元反而影響各類力學傳感器的正常工作，因此需要提高隔振單元的剛度以保證航天器正常工作。而金屬增材制造在航天工業中因其成形的自由性而受到廣泛關注，利用三維打印技術制造具有可控梯度剛度的隔振連接單元顯然有較好的應用前景。

而金屬增材制造過程中往往需要各類支撐來保證零件的成形率，但是支撐的存在卻會影響金屬材料的力學性能，尤其是封閉網格單元，支撐極容易殘留在成形零件內部，影響著此類網格的正常工作，嚴重者甚至會導致該零件報廢。因此在進行增材制造隔振單元設計時，還需要考慮零件的可加工性，采取少支撐或無支撐才是最佳的打印方式。

發明內容

本發明針對以上問題，提出了一種用于航天器部件連接的3D打印多模態隔振結構，該結構可以優化航天器減振隔振性能，提高航天器傳感器工作性能，相對于傳統方法制造的零部件結構相對簡單緊湊。并且提供上述結構的制造方法，解決了該網格結構的制造與后處理問題，提高了本結構的加工可行性與工作可靠性。

本發明的技術方案為：所述多模態隔振結構包括為多層結構，每層包括呈陣列分布的若干形狀形同的晶格單元；

所述晶格單元包括承力基座以及三個彈性網絡，三個彈性網絡由內到外相互嵌套，并且三個彈性網絡與承力基座保持固定連接。

在一個晶格單元中，所述彈性網絡的頂端及底端為受力端，相鄰彈性網絡的頂端之間留有間隙，并且三個彈性網絡的底端依次固定相連，最外側彈性網絡的頂端與承力基座固定相連。這樣，設計完成的整體結構上下表面具有活動端面，可以通過調整上下端面調節預緊力，獲得不同的初始剛度。

每一個晶格單元都具有三層相互嵌套的彈性網格結構，三個彈性網格共同使用同一個承力基座，但是彈性網格間保留間隙及承力平臺，在受到壓縮時，一級彈性結構發生變形，其余二級結構不工作，可以獲得具有一階固定彈性模量的工作區間；當調整預緊力以后，一級彈性單元底部與二級彈性單元頂部產生剛性接觸，因此一級與二級彈性單元共同工作獲得二階固定彈性模量的工作區間；隨著預緊力加載，二級彈性單元底部與三級彈性單元頂部接觸，可以獲得具有三階彈性模量的工作區間，在本結構實際應用時，可以通過調整預緊力來控制本結構的剛度，從而適應航天器連接件不同的工況，獲得良好的隔振減振效果。

在一個晶格單元中，所述彈性網絡的頂端和底端之間通過多個側面條狀支撐固定相連，所述側面條狀支撐的形狀可以為折線狀、弧形、半圓形、橢圓形、等具有彈性變形功能的單元。

彈性網絡側壁的角度與底面不小于45度，而部分小角度平面在打印過程中跨度較小，基本可以做到無支撐打印，避免了拆除支撐對結構造成損傷。

所述承力基座呈十字形。這樣，晶格之間通過十字網格耳狀支撐進行連接，在零件受到壓縮時，相鄰的晶格間有足夠的變形空間，受到耳狀支撐約束，該結構的水平方向寬度基本不發生變化，宏觀上產生零泊松比效果。