一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印模拟月壤的原位应力测试方法


[0001]本专利技术属于月球原位资源利用
，尤其涉及一种
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法
。

技术介绍

[0002]月球原位资源利用是通过开采和利用天然的月球资源，实现深空探测
、
月球基地建设和月球生存的一项关键技术
。
充分利用月球资源有助于降低开发过程中地球资源消耗而加快月球基地建造，例如采用月壤成型技术可以制造或修复月球设施以满足空间任务需求
。
当前，大量研究提出太阳能或热烧结
、
微波能量烧结和
3D
打印等技术能够制造与加工各种结构的模拟月壤
。
然而，使用太阳能烧结模拟月壤存在严重的开裂问题，辐射热烧结使得模拟月壤结构件力学性能较差，微波烧结制备的模拟月壤产品十分不均匀
、
内部存在孔隙
。3D
打印技术因能够满足模拟月壤成型的高精度
、
强度和致密度成为研究重点，其中，激光烧结技术具有激光强度高
、
输出能量小
、
系统高度可控等优势被作为一种更有效的成型方法，为月壤原位制造提供可行性选择和技术支撑
。
[0003]激光烧结成型是通过高能激光束将模拟月壤粉末熔化，逐点
、
逐线
、
逐层熔接制备
3D
产品
。
在此过程中，模拟月壤随着激光移动会反复经历非常大的加热和冷却速率，同时不可避免的伴随着剧烈的应力变化，这会导致模拟月壤结构件膨胀
、
裂缝
、
性能退化，甚至建造过程失败
。
迄今为止，激光烧结模拟月壤的应力分布是难以预测的，尤其对于结构复杂的部件
。
为了减少建造过程中的损坏，结构件的变形与应力检测是至关重要的
。
对于常用的应力检测方法
(
例如钻孔实验
、
扫描电子显微镜
、X
射线衍射
、
中子衍射等
)
，通常存在破坏性强
、
精确度差
、
非原位测量和无法定量测量等缺陷
。
而且，目前并未发现关于激光烧结模拟月壤应力检测的实例
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，旨在实现对
3D
打印模拟月壤的原位应力演变实时监测，为月壤成型
、
月球原位资源利用以及空间探测工程所涉及的应力检测提供重要参考
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，包括：
[0006]步骤1，以现有模拟月壤作为原材料，将原材料粉碎
、
干燥处理后筛选得到不同粒径的初始样品；
[0007]步骤2，从步骤1中选取特定粒径范围的初始样品，记作初始样品
A
；基于选取的初始样品
A
，制备得到模拟月壤基板；并在模拟月壤基板表面镀一层反光层；
[0008]步骤3，从步骤1中选取与步骤2相同的特定粒径范围的初始样品，记作初始样品
B
；在模拟月壤基板上按照已设置的工艺参数对初始样品
B
进行激光烧结，随后重复激光烧结过程得到逐层烧结成型模拟月壤；
[0009]步骤4，在步骤3逐层烧结成型模拟月壤过程中，基于
MOSS
观测系统原位测量出激光烧结模拟月壤的应力演变
。
[0010]在上述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法中，基于选取的初始样品
A
，制备得到模拟月壤基板，包括：通过在基底上热烧结初始样品
A
的方式获得模拟月壤基板；或，直接激光烧结初始样品
A
获得模拟月壤基板
。
[0011]在上述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法中，通过在基底上热烧结初始样品
A
的方式获得模拟月壤基板，包括：在基底表面平铺一层初始样品
A
后送入烧结炉；向烧结炉中通入惰性气体作为保护气氛，以2～
10℃/min
的升温速度将模拟月壤从室温加热到
1100
～
1300℃
，保温1～
3h
；随后，以2～
10℃/min
的降温速率冷却至室温，从而在基底表面形成一层致密的模拟月壤，得到模拟月壤基板
。
[0012]在上述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法中，直接激光烧结初始样品
A
获得模拟月壤基板，包括：将初始样品
A
平铺到激光烧结设备的成型板表面，按照预设轨迹和工艺参数对初始样品
A
进行激光烧结成型，直至形成致密的模拟月壤柱状体；随后，对模拟月壤柱状体进行打磨处理，形成表面平整的模拟月壤基板
。
[0013]在上述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法中，所述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法基于
3D
打印模拟月壤的原位应力测试系统实现；其中，
3D
打印模拟月壤的原位应力测试系统，包括：
3D
打印激光器
、
筛粉器
、
送粉通道
、
刮刀
、
夹具
、MOSS
观测系统激光器
、CCD
相机和支撑架；打印激光器
、
筛粉器
、
送粉通道
、
刮刀
、
夹具
、MOSS
观测系统激光器和
CCD
相机安装在支撑架上
。
[0014]在上述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法中，在模拟月壤基板上按照已设置的工艺参数对初始样品
B
进行激光烧结，随后重复激光烧结过程得到逐层烧结成型模拟月壤，包括：
[0015]将模拟月壤基板安装在夹具上；其中，夹具夹持在模拟月壤基板两端，以保证模拟月壤基板除被夹持部位之外的其它部位不接触其他物体，可自由变形；螺钉位于夹具侧面，用于调节夹具对模拟月壤基板的夹持松紧度；
[0016]将选取的初始样品
B
放入筛粉器再次筛选粉末，并通过送粉通道将粉末平铺到模拟月壤基板表面，通过刮刀将粉末整理平整；调节
3D
打印激光器的位置，使
3D
打印激光器产生的激光对焦样品，按照预先设置的工艺参数对初始样品
B
进行激光烧结；随后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，包括：步骤1，以现有模拟月壤作为原材料，将原材料粉碎
、
干燥处理后筛选得到不同粒径的初始样品；步骤2，从步骤1中选取特定粒径范围的初始样品，记作初始样品
A
；基于选取的初始样品
A
，制备得到模拟月壤基板；并在模拟月壤基板表面镀一层反光层；步骤3，从步骤1中选取与步骤2相同的特定粒径范围的初始样品，记作初始样品
B
；在模拟月壤基板上按照已设置的工艺参数对初始样品
B
进行激光烧结，随后重复激光烧结过程得到逐层烧结成型模拟月壤；步骤4，在步骤3逐层烧结成型模拟月壤过程中，基于
MOSS
观测系统原位测量出激光烧结模拟月壤的应力演变
。2.
根据权利要求1所述的
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，基于选取的初始样品
A
，制备得到模拟月壤基板，包括：通过在基底上热烧结初始样品
A
的方式获得模拟月壤基板；或，直接激光烧结初始样品
A
获得模拟月壤基板
。3.
根据权利要求2所述的
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，通过在基底上热烧结初始样品
A
的方式获得模拟月壤基板，包括：在基底表面平铺一层初始样品
A
后送入烧结炉；向烧结炉中通入惰性气体作为保护气氛，以2～
10℃/min
的升温速度将模拟月壤从室温加热到
1100
～
1300℃
，保温1～
3h
；随后，以2～
10℃/min
的降温速率冷却至室温，从而在基底表面形成一层致密的模拟月壤，得到模拟月壤基板
。4.
根据权利要求2所述的
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，直接激光烧结初始样品
A
获得模拟月壤基板，包括：将初始样品
A
平铺到激光烧结设备的成型板表面，按照预设轨迹和工艺参数对初始样品
A
进行激光烧结成型，直至形成致密的模拟月壤柱状体；随后，对模拟月壤柱状体进行打磨处理，形成表面平整的模拟月壤基板
。5.
根据权利要求1所述的
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，所述
3D
打印模拟月壤的原位应力测试方法基于
3D
打印模拟月壤的原位应力测试系统实现；其中，
3D
打印模拟月壤的原位应力测试系统，包括：
3D
打印激光器
(1)、
筛粉器
(2)、
送粉通道
(3)、
刮刀
(4)、
夹具
(6)、MOSS
观测系统激光器
(11)、CCD
相机
(12)
和支撑架
(13)
；打印激光器
(1)、
筛粉器
(2)、
送粉通道
(3)、
刮刀
(4)、
夹具
(6)、MOSS
观测系统激光器
(11)
和
CCD

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，董珂琪，姚伟，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：