【技術實現步驟摘要】
本技術屬于空間輕小型相機領域,具體涉及一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法。
技術介紹
1、隨著空間輕小型相機“深耦合、高集成、超輕小”發展，控溫加熱回路及其布線走線在一定程度上制約了輕小型相機的輕小型化和高度集成，甚至影響到相機系統性能。例如，次鏡背部的加熱片導線直徑對小口徑鏡頭的傳函就不可忽略。由于輕小型相機空間限制，目前主鏡等很多結構都無法直接控溫，有些結構甚至需要專門的輔助結構進行熱控實施以實現間接控溫。例如，高度輕量化的反射鏡目前是通過熱輻射方式間接控溫，難以在其上粘貼加熱元件直接控溫。
2、將結構與熱控功能的耦合設計可以解決上述問題，主要有兩種方式：嵌入式和一體打印式。嵌入式是將已經成型好的加熱元件通過一定方式嵌入到結構內部，這種方式的缺點是靈活性低、普適性差，不能應對空間輕小型相機復雜的結構與熱控功能共體設計。一體打印式則是完全通過3d打印的手段，直接將光機結構與控溫加熱回路一體化打印成型，這種方式普適性強，可以滿足復雜設計需求。“一種電性集成一體化的3d打印成型方法”中公開了一種在3d打印物體的同時打印物體內部的電氣導電線路的成型方法。其所打印的實體材料僅限于非金屬材料，且與之匹配的導電材料僅限于低溫熱熔性錫合金材料或膠狀材料，只能在局部范圍內同時滿足結構需求和電氣需求。
3、而空間輕小型相機結構材料通常為鈦合金、鋁合金、銅合金、殷鋼、不銹鋼等高溫金屬材料，電加熱材料通常為銅鎳錳合金、鎳鉻合金、鐵鎳鋁合金、高熔點純金屬等電阻率較高的導電材料。采用陶瓷材料絕緣，使得金屬結構和非
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，利用絕緣陶瓷實現電氣加熱回路與相機結構間的絕緣，解決了空間相機控溫加熱回路走線布線復雜、控溫效率低、功耗大、部分結構無法直接控溫等設計問題。
2、本專利技術的技術方案是：一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，包括：
3、根據實際需要設計得到空間輕小型相機結構；
4、根據所需加熱功率，在所述空間輕小型相機結構內部，共體設計加熱回路；
5、沿所述加熱回路，設計加熱回路與結構之間的陶瓷絕緣層，得到相機結構與熱控功能的共體結構；
6、在3d打印設備上打印成型所述共體結構，通過熔融或燒結保證同種或異種材料結構間的有效結合。
7、所述加熱回路采用等截面設計，或根據控溫需求進行不等截面設計。
8、所述加熱回路的截面的形狀為圓形或矩形。
9、所述陶瓷絕緣層采用等厚設計，厚度的范圍為0<δ≤2mm。
10、所述陶瓷絕緣層的熱導率不小于10w/m·℃，電阻率不小于1013ω·m。
11、所述的陶瓷絕緣層的陶瓷材料，包括al2o3、beo、si3n4、aln、bn陶瓷。
12、采用逐層打印方式成型所述共體結構，且每一層打印的優先順序為相機結構、陶瓷絕緣層、加熱回路。
13、采用送料方式逐層打印所述共體結構，通過多頭送料依次實現相機結構、陶瓷絕緣層、加熱回路的送料，同時分別采用定向能量沉積工藝打印相機結構，材料擠出工藝打印陶瓷絕緣層，定向能量沉積工藝打印加熱回路。
14、采用鋪料方式逐層打印所述共體結構，按照打印優先順序依次進行相機結構、陶瓷絕緣層、加熱回路的鋪料，同時分別采用粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印相機結構，粘結劑噴射工藝打印陶瓷絕緣層，粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印加熱回路。
15、每層的每一種材料打印完后，剩余該材料采用相應吸嘴吸集回收或向該側吹集回收，然后再進行下一種材料的鋪料和打印；不同材料的回收，采用不同的裝置進行回收，其中相機結構的基體粉末和加熱回路的導體粉末采用側吹集回收，陶瓷絕緣層的絕緣粉末采用吸嘴吸集回收。
16、本專利技術與現有技術相比的優點在于：
17、1)采用陶瓷材料絕緣，使得金屬結構和非金屬結構都可以直接打印高熔點或低熔點導電材料。
18、2)采用陶瓷材料絕緣，提高了加熱回路的使用溫度范圍，因為陶瓷材料的燒結溫度至少在1000℃以上，遠高于目前加熱片表面的聚酰亞胺絕緣膜溫度；
19、3)僅采用陶瓷材料絕緣特性而無需開展陶瓷高溫燒結，并降低了陶瓷增材制造的難度。陶瓷材料增材制造成型后的零件，一般都需經過高溫燒結處理，本專利技術只應用陶瓷材料的絕緣特性，不利用其結構力學特性，因此不需要專門燒結；
20、4)相機結構與熱控功能共體設計和成型，使得難以進行熱控實施的相機零件得以直接控溫，共體設計使加熱回路更加立體多元，使控溫更均勻；
21、5)同一加熱回路可共體設計多重備份回路，大大提高了控溫可靠性，加熱回路均勻分布于零件內部直接控溫，相比傳統表貼加熱片方式，傳熱效率成數倍提高，可顯著降低熱控功耗；
22、6)加熱回路封裝打印在結構內部，避免了相機表面復雜的走線布線，有利于相機系統整體的小型化和輕量化。
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1.一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述加熱回路采用等截面設計，或根據控溫需求進行不等截面設計。
3.根據權利要求2所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述加熱回路的截面的形狀為圓形或矩形。
4.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述陶瓷絕緣層采用等厚設計，厚度的范圍為0<δ≤2mm。
5.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述陶瓷絕緣層的熱導率不小于10W/m·℃，電阻率不小于1013Ω·m。
6.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述的陶瓷絕緣層的陶瓷材料，包括Al2O3、BeO、Si3N4、AlN、BN陶瓷。
7.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征
8.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，采用送料方式逐層打印所述共體結構，通過多頭送料依次實現相機結構、陶瓷絕緣層、加熱回路的送料，同時分別采用定向能量沉積工藝打印相機結構，材料擠出工藝打印陶瓷絕緣層，定向能量沉積工藝打印加熱回路。
9.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，采用鋪料方式逐層打印所述共體結構，按照打印優先順序依次進行相機結構、陶瓷絕緣層、加熱回路的鋪料，同時分別采用粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印相機結構，粘結劑噴射工藝打印陶瓷絕緣層，粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印加熱回路。
10.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，每層的每一種材料打印完后，剩余該材料采用相應吸嘴吸集回收或向該側吹集回收，然后再進行下一種材料的鋪料和打印；不同材料的回收，采用不同的裝置進行回收，其中相機結構的基體粉末和加熱回路的導體粉末采用側吹集回收，陶瓷絕緣層的絕緣粉末采用吸嘴吸集回收。
...【技術特征摘要】
1.一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述加熱回路采用等截面設計，或根據控溫需求進行不等截面設計。
3.根據權利要求2所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述加熱回路的截面的形狀為圓形或矩形。
4.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述陶瓷絕緣層采用等厚設計，厚度的范圍為0<δ≤2mm。
5.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述陶瓷絕緣層的熱導率不小于10w/m·℃，電阻率不小于1013ω·m。
6.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，所述的陶瓷絕緣層的陶瓷材料，包括al2o3、beo、si3n4、aln、bn陶瓷。
7.根據權利要求1所述的一種空間輕小型相機結構與熱控功能共體設計與成型方法，其特征在于，采用逐層打印方式成型所述共體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張青春，田建柱，馮星泰，林宏宇，侯作勛，李進，李松，王云彬，何東科，岳聰，薛衛濤，趙亨，王震，牟研娜，劉明，朱忠堯，吳建福，秦鋒，
申請(專利權)人：北京空間機電研究所，
類型：發明
國別省市：
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