[发明专利]一种面向微重力环境的太空舱内3D打印装置

说明书

本申请公开了一种面向微重力环境的太空舱内3D打印装置，涉及3D打印技术领域。不仅能够实现对电池图案化结构及大面积功能层的高质量打印，而且对还能对打印过程中产生的废气进行处理，避免污染太空环境。该3D打印装置包括密闭仓、电流体3D打印装置、负压系统和废气处理装置；其中，电流体3D打印装置设置在密闭仓内；负压系统能够吸入密闭仓外部的气体，并将电流体3D打印装置排出的废气导流至废气处理装置；废气处理装置能够将废气处理为无污染的气体。本申请用于提升3D打印装置的性能。

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种面向微重力环境的太空舱内3D打印装置。

背景技术

目前，国际空间站所需物品大多需要在地面上加工完成后，再通过运载火箭和飞船送达。该方法的缺点是：1、被运输物品的体积受整流罩大小的限制；2、运输周期长；3、运输成本高。为了解决上述技术问题，太空制造应运而生。太空制造不仅可直接利用太阳能、原材料等空间资源，实现自我维持，而且，太空制造的空间微重力环境也使得原位制造、组装超大尺寸构件成为可能。

3D打印技术又称为增材制造技术，是一种利用激光、电子束或其它手段逐层叠加而直接、快速、精确地制造出零件的方法。该技术可实现产品个性化、定制化生产，在成本、效率和产品质量方面优势突出，是制造技术的一次重大飞跃。未来在地球外层空间，使用3D打印技术按需制造零部件，可逐步消除太空探索对地球的依赖，带来显著的经济和社会效益。

太阳能作为空间站中最易利用且最广泛的能源，实现太阳能电池的太空3D打印可以有效的解决太空中亟待解决的能源问题。但是，在常见的几种增材方式中，熔融沉积3D打印只可以打印丝材，无法满足太阳能电池打印的材料要求且精度不达标；喷墨打印过程中，液滴在微重力飞行过程中容易受外力干扰产生液滴的飞溅导致设备损坏；对于面曝光3D打印，材料、层厚无法满足要求且可打印面积受限。因此，开发一种用于太空舱内打印太阳能电池的3D打印装置具有重要意义。

发明内容

本申请的实施例提供一种面向微重力环境的太空舱内3D打印装置，不仅能够实现对电池图案化结构及大面积功能层的高质量打印，而且对还能对打印过程中产生的废气进行处理，避免污染太空环境。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种面向微重力环境的太空舱内3D打印装置，包括密闭仓、电流体3D打印装置、负压系统和废气处理装置；所述电流体3D打印装置设置在所述密闭仓内；所述负压系统能够吸入所述密闭仓外部的气体，并将所述电流体3D打印装置排出的废气导流至所述废气处理装置；所述废气处理装置能够将所述废气处理为无污染的气体。

进一步地，所述电流体3D打印装置包括近场直写3D打印装置或静电雾化装置。

进一步地，所述近场直写3D打印装置包括供液装置、导电喷嘴、第一基板、第一三轴移动平台和第一高压电源；所述供液装置与所述导电喷嘴连通，并为导电喷嘴提供打印溶液；所述第一三轴移动平台能够带动所述导电喷嘴沿Z轴移动，并带动所述第一基板沿X轴或Y轴移动；所述第一高压电源与所述导电喷嘴电连接；所述第一三轴移动平台接地。

进一步地，所述第一三轴移动平台包括第一Z轴移动机构和第一XY轴移动平台，所述导电喷嘴设置在所述第一Z轴移动机构上，所述第一基板设置在所述第一XY轴移动平台上。

进一步地，所述静电雾化装置包括静电喷头、第二三轴移动平台、第二基板、第二高压电源、环状电极、静电屏蔽板和第三高压电源；所述第二三轴移动平台能够带动所述静电喷头沿Z轴移动，并带动所述第二基板沿X轴或Y轴运动，所述静电屏蔽板和所述环状电极均位于所述静电喷头与所述第二基板之间，且所述静电屏蔽板靠近所述静电喷头设置；所述静电喷头与所述第二高压电源的正极电连接；所述环状电极与所述第三高压电源的正极电连接，所述第二三轴移动平台和所述静电屏蔽板均接地。

进一步地，所述第二三轴移动平台包括第二Z轴移动机构和第二XY轴移动平台，所述静电喷头设置在所述第二Z轴移动机构上，所述第二基板设置在所述第二XY轴移动平台上。