本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法,基于部分含能材料著火點高于熔點15度以上的特性,將粉末狀的含能材料置于打印機噴頭加熱室內(nèi)加熱到熔化,并向加熱室緩慢通入保護氣,當(dāng)加熱室氣壓高于噴嘴外密封艙氣壓0.1~0.2MPa時,加熱室內(nèi)熔化的含能材料以一定的速度通過噴嘴流出。由于噴嘴直徑非常小,且密封艙內(nèi)溫度低于含能材料熔點,液態(tài)的含能材料在打印機噴頭指定的位置迅速凝固,通過控制與控制桿相連的三維運動控制平臺在基板上打印出設(shè)計形狀的微藥柱。微藥柱成型裝置及其方法通過壓差控制液態(tài)含能材料的流出,具有結(jié)構(gòu)簡單,工程上實現(xiàn)便捷,成本低的特點;從設(shè)計到打印完成耗時較少,加工工藝流程簡單。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及航天微推進(jìn)劑
,具體地說,涉及一種基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法。
技術(shù)介紹
隨著宇宙空間任務(wù)的與日俱增,各個國家對執(zhí)行空間任務(wù)的衛(wèi)星研制需求越來越大;在眾多衛(wèi)星中,微小衛(wèi)星的發(fā)展具有不可比擬的優(yōu)勢,具有體積小、重量輕、研制周期短、發(fā)射成本低的特點,并且多個微小衛(wèi)星可進(jìn)行編隊飛行,完成大型衛(wèi)星難以完成的任務(wù)。相對于大型衛(wèi)星,微小衛(wèi)星需要能為其提供更加精確的姿態(tài)、軌道調(diào)整和位置保持的微推進(jìn)系統(tǒng),在微推進(jìn)系統(tǒng)中,由于成本低、體積小、質(zhì)量輕、集成度高的優(yōu)勢,基于MEMS技術(shù)的微推進(jìn)系統(tǒng)脫穎而出。合適的微發(fā)動機燃燒室裝藥方式是固體微推進(jìn)系統(tǒng)中極其重要的部分,但由于微型固體發(fā)動機燃燒室直徑從亞毫米級到毫米級,普通的裝藥方式很難實現(xiàn)推進(jìn)劑的裝填。因此,新型推進(jìn)劑裝填方式的研究以及固體微小藥柱的制作研究是推動固體化學(xué)微推進(jìn)系統(tǒng)的重要部分。專利技術(shù)專利201010298635.8公開了“一種固體微藥柱擠壓式成型裝置”,該成型裝置由推桿、擠壓筒、堵蓋以及推進(jìn)劑成型模具組成,通過推桿向前推進(jìn),使擠壓筒內(nèi)產(chǎn)生一定壓力將糊狀推進(jìn)劑擠壓進(jìn)推進(jìn)劑成型模具孔內(nèi),固化成型。該成型裝置可實現(xiàn)固體微藥柱的制作,但其只能實現(xiàn)實心藥柱的制作,且這種制作方式會產(chǎn)生許多氣泡殘留在微藥柱內(nèi),無法使固體微藥柱達(dá)到很高的致密度。專利技術(shù)專利201310314641.X“含能材料噴墨打印快速成型裝置”中提出了一種基于光固化的含能材料微藥柱快速成型方法、設(shè)計了一套微藥柱打印成型裝置。在文獻(xiàn)“含能油墨配方設(shè)計及其在微孔裝藥中的應(yīng)用”(爆破器材,2015,44(5):1-9)中,針對不同的含能油墨配方設(shè)計進(jìn)行了微孔裝藥實驗研究。基于該裝置以及不同的油墨配方,實現(xiàn)毫米及亞毫米尺度下含能材料的噴墨打印,結(jié)合火工品技術(shù)和微機械加工技術(shù),為微型火工品快速裝藥技術(shù)提供優(yōu)選方案。但是,由于含能油墨配方中光引發(fā)劑或光敏樹脂需要占據(jù)一定的比例,減少了成型微藥柱中含能材料的比重,且粉末狀含能材料的加入對成型精度也有很大的影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,本專利技術(shù)提出一種基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法,通過控制與控制桿相連的三維移動控制平臺及打印機噴頭加熱室,將含能材料通過熔化堆積重塑的方式,打印成適用于固體微推進(jìn)器的各種形狀和尺寸的微藥柱。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:基于3D打印的微藥柱成型裝置,其特征在于包括密封艙、控制閥、控制桿、粉末入口、加熱室、噴嘴、基板、滑板、三維移動控制平臺,所述密封艙為長方體結(jié)構(gòu),側(cè)壁面中間有密封門以單邊鉸接與密封艙側(cè)壁連接,密封艙通過管路和第一進(jìn)氣閥與保護氣瓶連接,密封艙側(cè)壁下方連接有第二出氣閥,密封艙體上安裝有壓力傳感器,基板固定在密封艙內(nèi)底部;所述三維移動控制平臺包括橫向滑塊、縱向滑塊、豎向滑塊,橫向滑塊固定在密封艙內(nèi)頂板上中心部位,縱向滑塊設(shè)置在橫向滑塊下部,且平行于橫向滑塊中軸線移動,豎向滑塊垂直安裝在縱向滑塊側(cè)面,豎向滑塊在縱向滑塊側(cè)面平行于縱向滑塊中軸線移動;滑板安裝在豎向滑塊側(cè)面,加熱室位于三維移動控制平臺下方,加熱室與滑板通過控制桿固連;所述加熱室頂部有粉末入口和控制閥,粉末入口一側(cè)有加壓氣孔,加熱室通過管路和第二進(jìn)氣閥、第一出氣閥與保護氣瓶連接,加熱室底部有噴嘴。一種采用基于3D打印的微藥柱成型裝置打印微藥柱的方法,其特征在于包括以下步驟:步驟1.對微藥柱模型設(shè)計,根據(jù)所需微型固體藥柱模型的尺寸和形狀要求,通過三維建模建立微藥柱模型;步驟2.將設(shè)計完成的微藥柱模型轉(zhuǎn)換成3D打印機識別的格式,在與打印機配套的處理軟件中進(jìn)行分層、定位,準(zhǔn)備打印;步驟3.將密封艙、加熱室通過管路和控制閥與保護氣瓶連接,準(zhǔn)備所需打印的含能材料;步驟4.將含能材料粉末通過加熱室的粉末入口緩慢注入打印機噴頭加熱室,關(guān)閉控制閥,將加熱室溫度設(shè)置在高于所打印含能材料熔點3~5°,并開始加熱;步驟5.打開第一進(jìn)氣閥,緩慢通氣3分鐘后打開第二出氣閥,通入保護氣10分鐘,排出密封艙內(nèi)的空氣,使微藥柱打印過程在有保護氣的環(huán)境下進(jìn)行,關(guān)閉第二出氣閥和第一進(jìn)氣閥;步驟6.設(shè)置與加熱室相連的保護氣瓶中氣壓為高于大氣壓0.1~0.2MPa,待加熱室加熱10分鐘后,關(guān)閉第一出氣閥,同時打開第二進(jìn)氣閥,向加熱室緩慢通入保護氣,使加熱室內(nèi)氣壓與設(shè)置的保護氣瓶中的氣壓保持平衡;步驟7.根據(jù)所需噴嘴出口質(zhì)量流率的不同,調(diào)節(jié)控制加熱室內(nèi)壓強高于密封艙內(nèi)壓強0.1~0.2MPa,打印機噴頭開始工作,通過層層疊加的方式打印出設(shè)計形狀的微藥柱;步驟8.打印結(jié)束后,關(guān)閉加熱室開關(guān)停止加熱,關(guān)閉第二進(jìn)氣閥,打開第一出氣閥,使加熱室內(nèi)氣壓恢復(fù)到1個大氣壓,液體停止從噴嘴噴出,等待5分鐘后打開密封門,取出基板上的打印完成的成型微藥柱,備使用。有益效果本專利技術(shù)提出的一種基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法,基于部分含能材料著火點高于熔點15度以上的特性,將粉末狀的該含能材料置于打印機噴頭加熱室內(nèi)加熱熔化,向加熱室緩慢通入保護氣,當(dāng)加熱室氣壓高于噴嘴外密封艙氣壓0.1~0.2MPa時,加熱室內(nèi)熔化的含能材料以一定的速度通過噴嘴流出。由于針孔形噴嘴直徑非常小,且密封艙內(nèi)溫度低于含能材料熔點,液態(tài)的含能材料在打印機噴頭指定的位置迅速凝固,通過層層疊加的方式打印出設(shè)計形狀的微藥柱。本專利技術(shù)基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法,通過壓差控制液態(tài)含能材料的流出,具有結(jié)構(gòu)簡單,工程上容易實現(xiàn),成本低的特點;從設(shè)計到打印完成耗時較少;無需復(fù)雜的加工工藝流程。(1)將含能粉末材料通過熔化堆積重塑的3D打印方式打印微藥柱,打印方式成型簡單,適用于多種含能材料的快速打印成型。(2)通過三維模型打印出微藥柱,可實現(xiàn)空心圓柱及任意形狀微藥柱的3D打印成型,且含能材料浪費較少。(3)微藥柱在3D打印成型過程中,除含能材料外不需要添加任何其它物質(zhì)。(4)采用3D打印方法成型微藥柱,工藝流程時間短;適用于微推進(jìn)系統(tǒng)各種結(jié)構(gòu)形式對藥柱的需求。附圖說明下面結(jié)合附圖和實施方式對本專利技術(shù)一種基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本專利技術(shù)基于3D打印的微藥柱成型裝置示意圖。圖2為本專利技術(shù)基于3D打印的微藥柱成型裝置的加熱室示意圖。圖3為本專利技術(shù)基于3D打印的微藥柱成型裝置的三維移動控制平臺示意圖。圖中:1.第一進(jìn)氣閥2.第二進(jìn)氣閥3.第一出氣閥4.橫向滑塊5.縱向滑塊6.豎向滑塊7.滑板8.控制桿9.粉末入口10.控制閥11.加熱室12.噴嘴13.成型微藥柱14.密封艙15.第二出氣閥16.基板具體實施方式本實施例是一種基于3D打印的微藥柱成型裝置及其方法,在密閉艙內(nèi)充滿保護氣的環(huán)境下進(jìn)行單組分固體微藥柱的3D打印流程。根據(jù)部分含能材料著火點高于熔點15度以上的特性,將粉末狀的該含能材料置于打印機噴頭加熱室內(nèi)加熱熔化,并向加熱室緩慢通入保護氣,當(dāng)加熱室氣壓高于噴嘴外密封艙氣壓0.1~0.2MPa時,加熱室內(nèi)熔化的含能材料以一定的速度通過噴嘴流出。由于針形噴嘴直徑非常小,且密封艙內(nèi)溫度遠(yuǎn)低于含能材料熔點,液態(tài)的含能材料在打印機噴頭指定的位置迅速凝固,通過層層疊加的方式打印出設(shè)計形狀的成型微藥柱。參閱圖1~圖3,本實施例基于3D打印的微藥柱成型裝置,由第一進(jìn)氣閥1、第二進(jìn)氣閥2、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于3D打印的微藥柱成型裝置,其特征在于:包括密封艙、控制閥、控制桿、粉末入口、加熱室、噴嘴、基板、滑板、三維移動控制平臺,所述密封艙為長方體結(jié)構(gòu),側(cè)壁面中間有密封門以單邊鉸接與密封艙側(cè)壁連接,密封艙通過管路和第一進(jìn)氣閥與保護氣瓶連接,密封艙側(cè)壁下方連接有第二出氣閥,密封艙體上安裝有壓力傳感器,基板固定在密封艙內(nèi)底部;所述三維移動控制平臺包括橫向滑塊、縱向滑塊、豎向滑塊,橫向滑塊固定在密封艙內(nèi)頂板上中心部位,縱向滑塊設(shè)置在橫向滑塊下部,且平行于橫向滑塊中軸線移動,豎向滑塊垂直安裝在縱向滑塊側(cè)面,豎向滑塊在縱向滑塊側(cè)面平行于縱向滑塊中軸線移動;滑板安裝在豎向滑塊側(cè)面,加熱室位于三維移動控制平臺下方,加熱室與滑板通過控制桿固連;所述加熱室頂部有粉末入口和控制閥,粉末入口一側(cè)有加壓氣孔,加熱室通過管路和第二進(jìn)氣閥、第一出氣閥與保護氣瓶連接,加熱室底部有噴嘴。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于3D打印的微藥柱成型裝置,其特征在于:包括密封艙、控制閥、控制桿、粉末入口、加熱室、噴嘴、基板、滑板、三維移動控制平臺,所述密封艙為長方體結(jié)構(gòu),側(cè)壁面中間有密封門以單邊鉸接與密封艙側(cè)壁連接,密封艙通過管路和第一進(jìn)氣閥與保護氣瓶連接,密封艙側(cè)壁下方連接有第二出氣閥,密封艙體上安裝有壓力傳感器,基板固定在密封艙內(nèi)底部;所述三維移動控制平臺包括橫向滑塊、縱向滑塊、豎向滑塊,橫向滑塊固定在密封艙內(nèi)頂板上中心部位,縱向滑塊設(shè)置在橫向滑塊下部,且平行于橫向滑塊中軸線移動,豎向滑塊垂直安裝在縱向滑塊側(cè)面,豎向滑塊在縱向滑塊側(cè)面平行于縱向滑塊中軸線移動;滑板安裝在豎向滑塊側(cè)面,加熱室位于三維移動控制平臺下方,加熱室與滑板通過控制桿固連;所述加熱室頂部有粉末入口和控制閥,粉末入口一側(cè)有加壓氣孔,加熱室通過管路和第二進(jìn)氣閥、第一出氣閥與保護氣瓶連接,加熱室底部有噴嘴。2.一種采用權(quán)利要求1所述的基于3D打印的微藥柱成型裝置打印微藥柱的方法,其特征在于包括以下步驟:步驟1.對微藥柱模型設(shè)計,根據(jù)所需微型固體藥柱模型的尺寸和形狀要求,通過三維建模建立微藥柱模型;步驟2.將設(shè)計完成的微藥柱模型轉(zhuǎn)換成3D打印機...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員:胡松啟,劉茜,秦少東,吳晶輝,朱林濤,朱雷,
申請(專利權(quán))人:西北工業(yè)大學(xué),
類型:發(fā)明
國別省市:陜西;61
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