[发明专利]一种失重和真空工况的全自动高能束金属增材制造方法

说明书

本发明公开了一种失重和真空工况的全自动高能束金属增材制造方法，该制造方法可在失重和真空等无人工况下进行全自动增材制造，包括以下关键因素：通过两级对心方式完成高能束作用点与原材料的精准对心，消除平面内对运行方向的要求；利用增材制造装置真空子系统提供可调控真空环境，提高增材制造成型质量；自动检测失重周期切入点，保障科研人员人身安全；实时检测制造过程中出现的异常情况，并可自动进入异常处理流程，处理结束后可以重新恢复到正常的增材制造流程。在充分利用面向失重飞行和真空工况的高能束增材制造装置基本功能以及飞行器相关资源条件下，极大的提高了增材制造成功率和成型质量。

技术领域

本发明属于先进制造领域，涉及一种失重和真空工况的全自动高能束金属增材制造方法。

背景技术

为实现空间站的即造即用后勤保障模式，满足在轨零部件制造的重大战略需求，国际上正在开展太空增材制造技术方面的研究，该研究将为实现空间站即造即用后勤保障提供关键科学基础和关键技术基础，并为满足国家在航空航天、国防军工等领域的重大战略需求提供支撑。

现有的金属增材制造方法没有考虑在失重状态下的制造方法，因此自动运行程度不高，对操作人员的依赖很大，不能满足在失重工况下对科研人员和设备的保护。同时，现有的金属增材制造方法普遍采用在腔体内或者出料口注入惰性保护气体的方法来提高成型质量，不能满足太空中的真空环境。

发明内容

本发明提供一种适用于卫星载荷的金属材料快速熔凝实验装置，拓展现有太空增材制造试验研究技术路线，搭建近地空间金属增材制造验证平台，解决除搭载科学卫星及进入空间站外，近地无法同时模拟太空微重力和真空环境进行金属增材制造验证的瓶颈问题。

一种失重和真空工况的全自动高能束金属增材制造方法，包括以下主要步骤：

S1：生成零件成形方案；

S2：高能束金属增材制造准备；

S3：面向失重飞行和真空工况的全自动高能束金属增材制造；

其中，S2中，准备工作包括以下步骤：

S21：选择丝径0.1～2mm，自由曲率半径满足在末端不偏离高能束作用点平面的丝材；

S22：安装丝材约束机构；

S23：调节高能束作用点与丝材对心；

S24：提供真空环境；

在步骤S22中，记高能束作用点在作用平面内半径为R₁，丝材原料半径为R₂，丝材自由弯曲半径为R₃，丝材约束机构末端与高能束作用面距离为D，根据下式来确定丝材约束机构的安装位置：

作为优选的技术方案，步骤S3中，制造工作过程包括以下步骤：

S31：自动识别失重周期切入点；

S32：增材制造任务执行；

S33：实时检测出现的异常情况；

S34：异常情况处理与制造任务恢复。

作为优选的技术方案，步骤S21中所述的丝材包括：钛合金丝材、铝合金丝材、镍基合金丝材、合金钢丝材。

作为优选的技术方案，S1中，根据失重飞行周期的加速度特性(单次失重周期内持续失重时长)以及单次飞行任务计划(失重周期个数)评估并生成最佳的零件成形方案。