[发明专利]一种太空环境3D打印的地面模拟实验设备

说明书

技术领域

本发明涉及航天领域、3D打印技术领域，具体涉及一种太空环境3D打印的地面模拟实验设备。

背景技术

随着人类对太空的探索越来越深入，人们对太空在轨实验的要求也随之提高。以往，用于进行太空在轨实验的实验设备、用于支持太空生存的相关设备都在地面完成设计制造，并伴随航天器发射到太空，而其局限性也非常明显，航天器携带设备的尺寸有限、航天器运载的效率过低，以上因素对太空在轨实验有着很大制约。而传统的加工工艺需要复杂且长周期的制造流程，使得制造过程只能在地面进行，并由航天器携带到太空。然而，随着3D打印技术的不断成熟，在轨制造也逐渐成为了可能。目前，我国正处于制造业由中低端向中高端转移的进程，发展航天领域的3D打印技术可以大大提高我国在高端制造领域的实力。

3D打印技术有着适于在轨制造的优势，主要包括：3D打印机占用空间不大、从设计到制造所需时间短、材料利用率高、制造成本低。在目前比较成熟的多种3D打印技术中，熔融沉积成型技术由于所受重力因素影响最小，适合应用于太空领域进行制造。熔融沉积成型技术采用的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，其原理是材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时挤出熔融材料，材料迅速固化并与周围的材料粘结，并通过层层累加的方式快速制造出所需零件。

由此可见，将3D打印技术应用于太空环境制造是一项很有前景的选择。然而，现有3D打印工艺及装备尚不能在太空环境下直接应用，主要有如下三方面原因：

1)目前还没有为3D打印提供高真空环境模拟环境，因此，不能保证其在高真空状态下能够正常工作；

2)目前还没有为3D打印提供太空热辐射环境模拟环境，因此，不能保证其在太阳辐射、地球反照及地球红外辐射的热流环境下能够正常工作；

3)目前还没有为3D打印提供低温和黑背景模拟环境，因此不能保证其在超低温热沉环境下能够正常工作。

为了使3D打印设备在太空的高真空、超低温热沉、热辐射环境下正常工作，需要在地面进行模拟太空极端环境的3D打印实验，目前的3D打印设备不能够实现上述模拟环境。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太空环境3D打印的地面模拟实验设备，能够在地面模拟高真空、超低温热沉、热辐射环境进行3D打印试验。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种太空环境3D打印的地面模拟实验设备，包括箱体2，箱体2的上部为打印腔，箱体2的下部为箱底8，箱底8内设置有真空泵，真空泵能够将打印腔抽成高真空，打印腔的一侧连接有用于3D打印的机械臂4，另一侧连接有辐射加热装置6，打印腔的箱门5相对的背板上连接有低温冷却装置3，机械臂4的下方设有加热底板7，加热底板7和箱体2之间进行隔热处理。

所述的箱体2打印腔内设有两个温度传感器，其中一个温度传感器置于辐射加热装置6前面测量高温，另一个温度传感器置于远离辐射加热装置6的位置用以测量箱内的低温环境温度，通过两个温度传感器得到的数据了解箱体2打印腔的温差情况。

所述的箱体2顶部设有法兰盘，法兰盘上安装有航空插座1，箱内的机械臂4、温度传感器、加热底板7的导线通过航空插座1连接到箱外以保证箱体2内的密封状态。

所述的箱体2打印腔内壁涂敷热辐射吸收比高的航天专用黑漆。

所述的机械臂4能够多自由度3D打印。

本发明的有益效果：

箱体2通过抽真空用来模拟高真空环境，低温冷却装置3以及箱内内壁涂有的航天专用黑漆用来模拟超低温热沉环境，辐射加热装置6用来模拟以太阳辐射、地球反照及地球红外辐射为主的热辐射环境，本发明能够在地面模拟高真空、超低温热沉、热辐射环境进行3D打印试验。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，一种太空环境3D打印的地面模拟实验设备，包括箱体2，箱体2的上部为打印腔，箱体2的下部为箱底8，箱底8内设置有真空泵，真空泵能够将打印腔抽成高真空，打印腔的一侧连接有用于3D打印的机械臂4，另一侧连接有辐射加热装置6，打印腔的箱门5相对的背板上连接有低温冷却装置3，机械臂4的下方设有加热底板7，加热底板7和箱体2之间进行隔热处理。