[发明专利]一种基于3D打印的光纤环外壳及其制造方法

说明书

本发明涉及一种基于3D打印的光纤环外壳及其制造方法，该方案包括设有空腔的壳体，壳体上设有多个加注口；空腔内设有晶格支撑结构，气凝胶粉末充斥于空腔内，制造方法包括以下步骤：生成壳体的三维模型；基于设计受力方向在壳体的空腔内增加对应的晶格支撑结构；对增加晶格支撑结构的壳体进行网格划分；依据壳体的材料参数、壳体的固定装配面及受力参数进行仿真计算；经过多次收敛计算后，优化晶格支撑结构得到优化后的壳体模型；将壳体模型导入3D打印机进行打印；通过3D打印机制造生成光纤环外壳；对生成光纤环外壳的加注口进行气凝胶粉末灌注；灌注完成后对加注口进行密封处理，本发明具有隔温性能好、轻量化兼顾强度及制造方便的优点。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种基于3D打印的光纤环外壳及其制造方法。

背景技术

光纤环是光纤陀螺仪最重要的组成部分之一，激光器在起点发射激光，通过光纤环内的光纤传导到陀螺仪的电路中，从而实现导航的功能。但因光纤环内的光纤长度基本都在百米以上，再加上各种光学元器件对温度变化非常敏感，容易因温度变化积累误差，所以让光纤环及整个陀螺仪外壳保证恒定温度能对陀螺仪成品性能提高有许多帮助。

然而现有的干涉型光纤陀螺仪的光纤环外壳大多采用金属外壳，因为外壳需要薄壁结构，所以只能使用CNC加工的方式生产。由于金属导热性好，且是薄壁零件，所以容易把外部的温度传导到光纤环及各种光学元器件内，造成陀螺仪误差增大。

因此现有技术也有用陀螺仪外壳来阻止热量传导到光纤环外壳的方法来减少光纤环的温度变化，例如使用隔热材料或涂层包围陀螺仪外壳表面或光纤环外壳表面。隔热材料与壳体本身的连接强度会不如之前。在一些振动和冲击比较严苛的工况下，二次粘接的隔热材料容易磨损或脱落，降低了产品的可靠性。

综上，亟待一种可保证轻量化的同时又具备相当好的隔热性能的光纤环外壳及其制造方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于3D打印的光纤环外壳及其制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于3D打印的光纤环外壳包括设有空腔的壳体，所述壳体上设有用于对空腔内填充气凝胶粉末的多个加注口；所述空腔内设有用于支撑强化空腔的晶格支撑结构，所述气凝胶粉末充斥于空腔内；所述晶格支撑结构和壳体通过3D打印制造而成。

工作原理及有益效果：1、现有技术使用铝合金型材切割成大致毛坯，然后使用机械加工的方式去除绝大部分材料，造成材料浪费，成本增加。薄壁结构虽然可以减轻重量，但本身的隔热性能差，热量容易传导到外壳内部，金属的热传导率高，进一步加速了热量传导，而本发明的壳体通过3D打印制造而成，可以生成带有空腔以及晶格支撑结构的复杂形状，无需额外的打孔操作，加工更加方便，且整体性显著提高，整体强度更高，通过气凝胶粉末来隔绝热量，原因是气凝胶粉末的导热率远远低于铝合金，因此可以显著提升隔热性能，再保证了隔热性能的情况下，还保证了轻量化并兼顾强度；

2、温度传导主要有3种方式，传导，辐射和对流。在光纤陀螺仪的工况下，热量主要是通过装配连接面传导的方式进入光纤环内的。所以需要尽量隔绝热量的传导。中空的结构(空腔)可以让热传导变为热对流，又进一步降低了热交换的速度。空气占气凝胶成分的95％以上，所以导热率与空气差不多，都非常的低。但气凝胶属于多胞固体的一种，大量空气被气凝胶的晶格固定，无法自由流动，这就意味着热量无法通过对流传递，在实际应用中隔热效果比空气更好，进一步提升了隔热性能。

进一步地，每个所述加注口在气凝胶粉末填充完之后通过密封胶或密封件密封处理。此设置，可很方便地堵住加注口，防止气凝胶粉末的漏出，导致隔热性能变差。