【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，更具体地，涉及一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置及方法。
技术介绍
1、航天航空技术的发展，使得人类能够探索更加遥远的太空。因此对于在轨设备的维修维护、破损制件的更替一直是关注的重点。但受限于发射质量及运载成本，依靠地面发射补给成本高昂，且及时性差。因此，基于在轨制造的增材技术一直是发展的重点。
2、增材制造技术(3d打印)由于具有设计自由度高、材料利用率大、结构复杂程度不受限制、可无模具制造等一系列优点而在航空航天制造领域有着巨大的发展前景。在这其中，应用激光送丝增材技术将金属丝熔化并打印成航天结构件可满足针对航空领域核心装备复杂化、一体化、轻量化的发展需求。
3、受限于零重力太空环境的影响，在零重力条件下进行激光增材时，熔化后的液态金属主要受到表面张力的影响而不容易再次凝固成型，这对于增材过程中结构件的成型及关键部位的结构强度等都容易产生不利影响。在相关专利中，有许多应用其他附加作用力来替代重力以达到在太空中能够将液态金属固定成型的专利技术。例如：专利“一种微重力环境下材料3d打印系统”通过将打印喷嘴内表面制作为粗糙上表面及光滑下表面以对流体产生定向拖曳力来实现打印，并辅以晶振杆实现尺寸及体积控制；专利“适用于微重力空间环境的3d打印系统”通过旋转台转动产生离心力的方式来代替重力实现打印；专利“一种用于太空环境的3d打印系统”亦是通过在旋转台内设置打印仓的方式，依靠离心力实现模拟重力；专利“一种骨架增强金属材料3d打印成型装置及方法”通过给烧结金属粉添加金属网的方
4、基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种适用于零重力太空环境激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置及方法，替代重力可避免因表面张力而引起的液体“球聚现象”，以解决重力环境失重和高温熔池散热问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种适用于零重力太空环境激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置及方法，使用棘丝作为液态金属附着物，提供毛细作用力来固定液态金属并加速凝固成型。一方面提供了额外附加作用力有利于材料成型，且微凸翅型结构增强了熔池的散热，保证了材料制品性能。另一方面减少了能动部件，降低了发射及使用成本。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，包括用于增材制造的棘件，所述棘件上设有在零重力环境下利用毛细吸附作用力将增材用的液态金属吸附于周身的微凸翅片。
3、作为进一步优选的，所述棘件还包括棘杆，多个微凸翅片沿所述棘杆周向呈阵列排布，以形成环形微凸的翅型结构。
4、作为进一步优选的，所述微凸翅片上设有棘丝，所述棘丝与所述棘杆的中心轴线间的夹角为非直角。
5、作为进一步优选的，沿打印路径方向，所述棘丝与所述棘杆的中心轴线间的夹角为锐角。
6、作为进一步优选的，所述棘丝直径不大于单层金属液滴熔覆厚度，以达到良好的毛细吸附效果。
7、作为进一步优选的，所述微凸翅片上涂覆有用于在热熔状态下粘结液态金属的涂层。
8、作为进一步优选的，包括多根所述棘件，多根所述棘件根据打印要求组合为不同形状。
9、按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种零重力环境下激光送丝增材制造的方法，其特征在于，采用如上任意实施例或者多个实施例组合的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置实现。
10、按照本专利技术的另一个方面，一种零重力环境下激光送丝增材制造系统，包括：
11、微型六自由度机器人；
12、用于驱动所述微型六自由度机器人运动的驱动电机模块；
13、用于激光增材的激光加工模块；
14、设于所述微型六自由度机器人夹持末端的夹持装置，该夹持装置用于夹持如上任意实施例或者多个实施例组合的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置；
15、用于增材填充的金属丝；
16、用于增材制造的基板；
17、所述微型六自由度机器人夹持微凸翅棘型装置运动至基板上的增材填充位置，所述激光加工模块于所述微凸翅棘型装置上融化所述金属丝，使得所述金属丝熔化后的金属液体在微凸翅棘型装置的毛细吸附作用力下，在指定位置形成包覆于微凸翅棘型装置的熔池；
18、优选的，所述激光加工模块包括：
19、用于提供增材热源的激光器；
20、用于控制加工路径、优化温度场和减少变形的激光扫描定位模块。
21、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
22、1.本专利技术应用于太空零重力环境下的激光送丝增材制造领域，使用固液间的毛细吸附作用力，能更加有效的完成液态材料的吸附成型。棘丝上使用微凸翅片设计，相较于光杆能够成倍提升毛细吸附作用力。这对于太空零重力环境下的激光送丝增材过程极其有效。整体而言，起到了代替重力的作用，并在作用效果上超越重力带来的效果。
23、2.本专利技术可应用于太空零重力环境下的激光增材制造过程，通过激光扫描定位装置及微型六自由度机器人，实现棘件的定位与夹持放置。
24、3.本专利技术采用带微凸翅片的棘丝设计，能够成倍增加固液间的毛细吸附作用力，避免发生“球聚现象”，保证打印件的质量强度。且微凸翅型设计也有利于液体材料散热，从而降低熔融液体温度、加速材料凝固成型。
25、4.本专利技术在太空零重力环境下，能够应用于任意方向上的激光送丝增材过程，大大提升系统自由度。
26、5.本专利技术棘件可根据打印件结构设计，实现在形态、位置、微凸翅片形状等方面的组合调整。
27、6.本专利技术系统简单，能动部件少，关键部位设计使用非能动作用力，整体质量小，可靠性强，适用于航空航天领域的激光送丝增材制造过程。
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1.一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，包括用于增材制造的棘件，所述棘件上设有在零重力环境下利用毛细吸附作用力将增材用的液态金属吸附于周身的微凸翅片。
2.根据权利要求1所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，所述棘件还包括棘杆，多个微凸翅片沿所述棘杆周向呈阵列排布，以形成环形微凸的翅型结构。
3.根据权利要求2所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，所述微凸翅片上设有棘丝，所述棘丝与所述棘杆的中心轴线间的夹角为非直角。
4.根据权利要求3所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，沿打印路径方向，所述棘丝与所述棘杆的中心轴线间的夹角为锐角。
5.根据权利要求3所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，所述棘丝直径不大于单层金属液滴熔覆厚度，以达到良好的毛细吸附效果。
6.根据权利要求1所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，所述微凸翅片上涂覆有用于在热熔状态下粘
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，包括多根所述棘件，多根所述棘件根据打印要求组合为不同形状。
8.一种零重力环境下激光送丝增材制造的方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置实现。
9.一种零重力环境下激光送丝增材制造系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述一种零重力环境下激光送丝增材制造系统，其特征在于，所述激光加工模块包括：
...【技术特征摘要】
1.一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，包括用于增材制造的棘件，所述棘件上设有在零重力环境下利用毛细吸附作用力将增材用的液态金属吸附于周身的微凸翅片。
2.根据权利要求1所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，所述棘件还包括棘杆，多个微凸翅片沿所述棘杆周向呈阵列排布，以形成环形微凸的翅型结构。
3.根据权利要求2所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，所述微凸翅片上设有棘丝，所述棘丝与所述棘杆的中心轴线间的夹角为非直角。
4.根据权利要求3所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造的微凸翅棘型装置，其特征在于，沿打印路径方向，所述棘丝与所述棘杆的中心轴线间的夹角为锐角。
5.根据权利要求3所述的一种零重力环境下激光送丝增材制造...
【专利技术属性】
技术研发人员：于楠，周政，李阳，侯文萱，张承哲，刘凤义，程钇朝，杨玉婷，
申请(专利权)人：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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