【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，更具体地，涉及一种带有余热回收系统的增材制造装置及方法。
技术介绍
1、在太空制造的使用场景下，用电设备的电力一般由太阳帆板吸收太阳能来提供，其电力负载越大，相应的太阳帆面积也会增加。用电装置在运行过程中会释放大量的热，由于太空微重力和热真空环境，无法形成自然对流，热量仅通过热辐射少量对外释放，多数的热量将会积聚在设备内部，造成仪器和设备失效。在太空环境中用电设备的散热处理一般通过背离太阳面的蒙皮以及辐射散热板实现，热量以辐射散热的形式排散到宇宙空间中去。辐射散热面积直接影响散热功率，热载荷增加意味着热控系统需要更大的辐射散热面积。太阳帆板和辐射散热板面积增加将直接导致卫星、航天器、空间站、太空基站等太空设施制造成本上升，同时还会增加其质量，进一步提高发射成本。
2、为解决上述问题，在纳卫星领域，目前已有一种适用于纳卫星热控系统的流体回路控制装置。该流体回路控制装置采用了微槽道换热技术与热－电转换技术相结合，使得纳卫星热控系统流体回路形成强迫对流换热。该流体回路控制装置通过在现有纳卫星上的星载设备上安装微槽道换热器，然后对每个微槽道换热器的两端分别连接上导管组成一个强迫对流的流体回路，该流体回路能够对星载设备工作时产生的热量进行再利用，节省了纳卫星的能量，为纳卫星的长时间服役提供了条件。在流体回路中采用了主回路自驱动和旁路辅助控制的主动热控制方式。自驱动设计将纳卫星废热转换为电能驱动流体回路散热，实现了热控系统的闭环控制，降低了纳卫星的电能消耗，旁路辅助控制设计通过对纳卫星向宇宙空间辐射热量的
3、在增材制造
，增材制造设备在太空环境下的应用也面临散热问题，现有增材制造设备在太空微重力和热真空的使用场景下仅考虑提升沉积件力学性能和适应微重力的技术改进，未从经济性角度提出对增材过程余热问题的解决方案。上述适用于纳卫星热控系统的流体回路控制装置提出了一种利用余热的方法，但其仅适用于纳卫星领域，解决增材制造设备散热问题，仍需提供一种适应性的解决方案。上述装置流体回路中多个换热器采用串联方式连接，难以灵活控制每个换热器的换热量，同时该装置未留有冷却介质回路和电力回路的接口，未考虑有效载荷的可替换性以及装置的可拓展性。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种带有余热回收系统的增材制造装置及方法，其增材制造模块具备气氛保护，由风扇驱动保护气氛冷却沉积层，气流通过翅片散热器与热-电转化模块进行热交换。热-电转化模块与增材制造模块基板换热，通过基板冷却沉积层。热控模块流出低温冷却介质与热-电转化模块换热，热-电转化模块产生的电能由蓄电模块收集，从而实现增材制造过程的余热利用，降低了设备的能耗，有效减少设备产生的废热。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种带有余热回收系统的增材制造装置，包括：
3、增材制造模块，所述增材制造模块包括气氛保护单元以及驱动所述气氛保护单元内保护气氛形成对流的驱动单元；
4、第一热电转化模块，用于与保护气氛携带的、与沉积层进行热交换的热量进行热交换；
5、第二热电转化模块，用于与增材制造模块中基板进行热交换；
6、热控模块，与所述第一热电转化模块和第二热电转化模块通过冷却介质管路连通，用于通过冷却介质与所述第一热电转化模块和第二热电转化模块进行热交换；
7、蓄电模块，用于将所述第一热电转化模块和第二热电转化模块收集的热能转化为电能，并为所述增材制造模块提供电能。
8、作为进一步优选的，所述增材制造模块包括翅片散热器，所述保护气氛通过翅片散热器与所述第一热电转化模块进行换热；
9、所述热控模块包括液冷换热铜板，所述液冷换热铜板内设有供冷却介质流动的第一盘形流道，所述冷却介质流经盘形流道时，与所述液冷散热铜板换热。
10、作为进一步优选的，所述保护气氛包括氦气、氖气、氩气、氙气中的任意一种或多种混合；
11、所述翅片散热器采用铜、铝和铁中的任意一种材料制备而成，其热量吸收功率为300～700w。
12、作为进一步优选的，所述第一热电转化模块包括第一半导体温差发电片以及第一换热铜板，所述第一半导体温差发电片的高温端贴合于所述液冷散热铜板设置，其低温端贴合于第一换热铜板设置，所述第一换热铜板与翅片散热器贴合固定连接。
13、作为进一步优选的，所述第二热电转化模块包括第二半导体温差发电片以及第二换热铜板，所述第二半导体温差发电片的低温端贴合于所述液冷散热铜板设置，其高温端贴合于第二换热铜板设置，所述第二换热铜板与基板贴合固定连接。
14、作为进一步优选的，所述第二换热铜板与基板之间还涂覆有导热硅脂。
15、作为进一步优选的，所述热控模块包括循环泵、第一冷却介质管路以及第三冷却介质管路，所述循环泵与液冷换热铜板连通，所述第一冷却介质管路用于连通循环泵和第一热电转化模块，以使得冷却介质形成第一循环回路；所述第三冷却介质管路用于连通循环泵和第二热电转化模块，以使得冷却介质形成第二循环回路。
16、作为进一步优选的，所述第一冷却介质管路上设有第一电动流量调节阀，所述第三冷却介质管路上设有第二电动流量调节阀。
17、作为进一步优选的，所述蓄电模块包括蓄电池，所述蓄电池通过电缆组件分别与第一热电转化模块、第二热电转化模块以及增材制造模块连接。
18、按照本专利技术的另一方面，还提供了一种带有余热回收系统的增材制造方法，包括以下步骤：
19、步骤一，增材制造模块根据设定的打印参数进行打印，驱动单元驱动气氛保护单元内保护气氛形成对流，以与翅片散热器进行热交换；
20、步骤二，热控模块识别翅片散热器温度，并根据该温度控制冷却介质的流量和流速，以使得第一热电转化模块与翅片散热器进行热交换，同时，第二热电转化模块与增材制造模块中基板进行热交换；
21、步骤三，蓄电模块用于将所述第一热电转化模块和第二热电转化模块收集的热能转化为电能，并为所述增材制造模块提供电能。
22、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：
23、1.本专利技术增材制造模块具备气氛保护，由风扇驱动保护气氛冷却沉积层，气流通过翅片散热器与热-电转化模块进行热交换。热-电转化模块与增材制造模块基板换热，通过基板冷却沉积层。热控模块流出低温冷却介质与热-电转化模块换热，热-电转化模块产生的电能由蓄电模块收集，从而实现增材制造过程的余热利用，降低了设备的能耗，有效减少设备产生的废热。
24、2.本专利技术引入热-电转换模块，利用增材过程产生的热量发电，减少装置产生的废热，提高装置的能源利用率。第一热-电转化模块、第二热-电转化模块和热控模块并联连接，采用电动流量调节阀分别控制流经第一热-电转化模块与第二热-电转化模块的冷却介质流量，实现增材制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有余热回收系统的增材制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种带有余热回收系统的增材制造装置，其特征在于，所述增材制造模块(1)包括翅片散热器，所述保护气氛通过翅片散热器与所述第一热-电转化模块(2)进行换热；
3.根据权利要求2所述的一种带有余热回收系统的增材制造装置，其特征在于，所述保护气氛包括氦气、氖气、氩气、氙气中的任意一种或多种混合；
4.根据权利要求2所述的一种带有余热回收系统的增材制造装置，其特征在于，所述第一热-电转化模块(2)包括第一半导体温差发电片以及第一换热铜板，所述第一半导体温差发电片的高温端贴合于所述液冷散热铜板(6)设置，其低温端贴合于第一换热铜板设置，所述第一换热铜板与翅片散热器贴合固定连接。
5.根据权利要求2所述的一种带有余热回收系统的增材制造装置，其特征在于，所述第二热-电转化模块(3)包括第二半导体温差发电片以及第二换热铜板，所述第二半导体温差发电片的低温端贴合于所述液冷散热铜板(6)设置，其高温端贴合于第二换热铜板设置，所述第二换热铜板与基板贴合固定连接。
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