[发明专利]具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3D打印制备方法

说明书

本发明提供一种具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3D打印制备方法，属于空间光学系统杂散光抑制领域。本发明解决了现有遮光罩存在的机械加工困难、尺寸精度低、振动试验受损等问题。对本色的高性能聚合物基体材料进行黑化着色，通过3D打印技术进行复杂高吸光遮光罩的一体化快速成型，有效避免传统分体式成型。在保证宏观尺寸精度和力学性能的基础上，本发明通过调控、优化3D打印工艺参数获得粗糙、多孔的微表面结构，上述特殊纹理构造可显著增加光程，提供充足的内部空间，光可通过在单个微坑的凹表面发生多次反射和散射以实现高效吸收，减弱了腔体表面的光反射，显著提升遮光罩的消杂散光能力，可满足空间星敏感器系统的使用要求。

技术领域

本发明属于空间光学系统杂散光抑制领域，尤其是涉及一种具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3D打印制备方法。

背景技术

星敏感器作为一种精确的姿态测量装置，在大型飞机、临界空间飞行器等航空器飞行控制中起到至关重要的作用。尤其是对姿态指向和稳定度要求高的航天器，对星敏感器精度的要求更为苛刻。由于星敏感器工作在地球或者星际飞行轨道上，不可避免地受到太阳、月球、地气光、航天器外表面及部件散射等全部或者部分杂光源的干扰，导致像面杂光灰度增大，像面照度分布不均匀，从而影响信噪比的提高和星图正确识别，严重时会使星敏感器不能输出正确的姿态，甚至导致卫星失效。

目前，星敏感器消除外部杂光的主要手段就是遮光罩，它依靠几何结构遮挡和吸光涂层吸收两个途径来消除外部杂光进入光学镜头内部。结合现有报道和设计实践证明，通过优化几何结构设计提升遮光罩的消除杂散光性能(即，杂散光吸收性能)是一种更为直接高效的途径。然而现有遮光罩大多采用铸造、锻压等方法成型，且随着空间技术的发展，遮光罩的结构形式也变得更加复杂和多样化，一般只能采用分体式成型后焊接而成，存在机械加工困难、尺寸精度低、振动试验受损等一系列技术问题。

发明内容

鉴于此，本发明旨在提出具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3D打印制备方法，采用3D打印技术进行复杂高吸光遮光罩的一体快速成型，通过调控、优化打印工艺参数改变遮光罩内表面微观形貌进而显著提升遮光罩的消杂散光能力，产品具有较高的尺寸精度及力学性能，并满足空间星敏感器系统的使用要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3D打印制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将本色的高性能聚合物基体材料和炭黑加入到挤出机中充分混合，以实现对本色的高性能聚合物基体材料着色，其中炭黑的质量占本色高性能聚合物基体材料和炭黑总质量的0.5％-1.0％，用挤出机为3D打印机创建线材；

步骤二、用绘图软件，根据遮光罩的结构图，对遮光罩进行等比例制图建模，得到格式为STL的遮光罩模型；

步骤三、将步骤二所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为5～40mm/s，打印头温度为380～460℃，成型挤出量为60％～140％，层厚0.05-0.2mm，填充密度20％-80％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；

步骤四、将步骤三中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一中已着色的高性能聚合物基体材料的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，逐层堆积，分层进行打印，得到遮光罩成品；

所述遮光罩为内壁均匀设有若干微小孔穴结构的一体式遮光罩，孔穴结构中孔穴的体积百分比为80％-90％，孔穴的边长尺寸为500-2000μm。

进一步的，所述高性能聚合物基体材料为聚醚醚酮、聚醚酰亚胺或聚偏氟乙烯。

进一步的，所述遮光罩的外形结构为方形、锥形或圆柱形。

进一步的，所述遮光罩的内壁孔穴结构为蜂窝形孔穴、三角形孔穴或正方形孔穴。