[发明专利]电磁/力学性能多维渐变可控吸波结构3D打印系统及方法

说明书

一种电磁/力学性能多维渐变可控吸波结构3D打印系统及方法，系统包括3D打印腔体，3D打印腔体下侧设有加热板，加热板上设有成形平台，成形平台上直接打印成形吸波结构件，吸波结构件上部设有第一、第二打印头系统，3D打印腔体上侧设有温度控制器；吸波结构件是由多个单胞结构组成，单胞结构由框架结构和电磁结构组成；打印方法是通过设计软件将吸波结构件中的每个单胞结构分为框架结构和电磁结构，并进行切片分层生成打印数据；在同一层高内，用第一打印头系统打印框架结构，用第二打印头系统打印电磁结构，重复直至吸波结构件打印加工过程完成；本发明实现吸波结构电磁/力学性能多维渐变可控性制造，方法简单、安全可靠、操作方便。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种电磁/力学性能多维渐变可控吸波结构3D打印系统及方法。

背景技术

随着现代电子技术的不断进步，新型雷达及先进探测器得到了跨越式发展，世界各国的空中防御能力和反导能力日益增强，使得飞机、导弹、舰船等大型作战武器面临的威胁日益严重，“发现意味着毁灭”逐渐成为现代战争的重要特点，因此通过各种可以提升武器系统生存能力、突防能力的电磁隐身技术成为世界各国的研究热点。传统的吸波材料(铁磁性材料、碳介质材料)及制造工艺等由于具有吸波频段窄、阻抗不匹配、吸波层厚度大，制造及维护困难，难以实现结构与隐身的一体化成形等特点，因此越来越不能满足未来飞行器的电磁隐身需求。

增材制造技术凭借制造原理上“层层累积”的技术优势为电磁吸波结构的高自由度设计与制造提供了新的契机，采用增材制造技术可以将粉末状、液体状或材料状的吸波复合材料原料按照电磁性能设计需求进行直接成形制造，将不同种类/含量的吸波材料成形为符合阻抗匹配原理的多层级复合吸波材料，从而实现更好的吸波效果。但从目前公开的文献来看，采用增材制造技术制造的吸波材料只能满足单一特定方向(例如：电磁波入射方向)的阻抗匹配，同时受限于3D打印原理及打印精度限制，只能按照不同结构/占空比成形各类单一均质的吸波材料来实现不同阻抗匹配层间电磁性能调控。但在实际应用中各类军事用途的吸波结构件往往具有复杂的外形，而复杂的外形结构对电磁性能在三维空间的分布、设计、制造等提出了更高的要求，同时也对吸波结构件的力学承载能力提出了挑战，目前尚未见到相关解决办法。

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电磁/力学性能多维渐变可控吸波结构3D打印系统及方法，采用吸波结构力学承载部分与电磁承载部分独立设计与成形，不仅满足复杂吸波构件在三维空间不同部位对电磁性能的特定性需求，可以依据阻抗匹配理论实现任意比例的电磁参数梯度设计与制造，实现吸波构件电磁性能的各项同性，进而实现对宽频域电磁波的高强吸收；同时又解决了实现吸波结构各部位力学性能定制化制造，即实现吸波结构电磁/力学性能多维渐变可控性制造，本发明方法简单、安全可靠、操作方便。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种电磁/力学性能多维渐变可控的吸波结构3D打印系统，包括3D打印腔体1，3D打印腔体1下侧设有加热板2，加热板2上设有成形平台3，成形平台3上直接打印成形吸波结构件4，吸波结构件4上部分别设有第一打印头系统5和第二打印头系统15，3D打印腔体1上侧设有温度控制器16。

所述的吸波结构件4是由多个单胞结构24组成，单胞结构24由框架结构17和电磁结构18组成。

所述的吸波结构4中单胞结构24是同一种尺寸的同一种结构，或是不同尺寸的同一种结构，或是不同尺寸的不同结构，其具体结构外形由框架结构17确定。

所述的框架结构17材料是任何一种3D打印原材料，包含聚醚醚酮、聚乳酸和ABS等，框架结构17的结构外形是任何一种点阵结构，包含但不限于四面体结构19、体心立方结构20、面心立方结构21、蜂窝结构22和木堆结构23等，它可以是任何一种能够给电磁结构18提供支撑位置的点、线、面、体结构。