目的分析利用激光燒結(jié)技術(shù)實施月壤原位成型的特點及方案,為月壤原位成型工程化設(shè)計和分析提供借鑒。方法基于國內(nèi)外月壤原位成型技術(shù)路徑,對比分析激光燒結(jié)成型技術(shù)方案的優(yōu)勢。通過激光照射條件下多層月壤顆粒升溫模型,分析加熱溫度隨激光器輸出功率、月壤粒徑、聚焦光斑直徑及激光掃描速度的變化規(guī)律。基于"紀念碑"成型任務(wù),提出一種基于封閉燒結(jié)腔和補給移動機構(gòu)的激光燒結(jié)方案。結(jié)果激光燒結(jié)成型技術(shù)方案的優(yōu)勢是成型體性能及精度較高,無需添加輔料,非接觸式,便于操作和控制,能耗及體積可接受。月壤顆粒能達到的溫度取決于能夠接受到的輻射能量,無論是提升激光器輸出功率,還是縮小光斑直徑,都能提升顆粒接受到的輻射能量密度。降低掃描速度,則顆粒接收輻射能量的時間增長,而月壤顆粒粒徑變小,由于顆粒質(zhì)量與粒徑是三次方的關(guān)系,也能夠提高單個顆粒接收到的輻照能量。激光燒結(jié)成型系統(tǒng)由控制裝置、激光光源、補給裝置、移動裝置及電源組成,基于初步的分析計算,建議的系統(tǒng)耗能約為300 W,光斑直徑為50μm,成型效率約為38 g/h。結(jié)論基于激光燒結(jié)技術(shù)路徑的月壤原位成型技術(shù)具有一定的優(yōu)勢,建議采用低功率、小光斑、低掃描速度的技術(shù)策略,... 

【文章來源】：裝備環(huán)境工程. 2020,17(03)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

單層月壤顆粒面積空隙示意

在給定參數(shù)取值下，分別計算加熱溫度隨激光器輸出功率、月壤粒徑、激光聚焦光斑直徑以及激光掃描速度的變化規(guī)律。如圖2所示，加熱溫度隨激光器輸出功率的增大而增大，在對照組參數(shù)條件下，需要約30 W的激光輸出功率才能保證第三層月壤顆粒達到適宜的成型溫度（約為1350℃，利用模擬月壤及北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所專用的加熱設(shè)備，通過對比加熱前后模具中模擬月壤的形態(tài)獲�。Ｈ鐖D3所示，加熱溫度隨成型月壤粒徑的變大而降低。由于顆粒質(zhì)量與粒徑是三次方的關(guān)系，對于單個顆粒而言，粒徑越小，顆粒單位質(zhì)量接收到的輻照能量越多，因此加熱溫度越高。在對照組參數(shù)條件下，成型月壤粒徑在微米量級或者更小，才能達到上文所述的成型溫度。

如圖3所示，加熱溫度隨成型月壤粒徑的變大而降低。由于顆粒質(zhì)量與粒徑是三次方的關(guān)系，對于單個顆粒而言，粒徑越小，顆粒單位質(zhì)量接收到的輻照能量越多，因此加熱溫度越高。在對照組參數(shù)條件下，成型月壤粒徑在微米量級或者更小，才能達到上文所述的成型溫度。如圖4所示，加熱溫度隨聚焦光斑直徑的變大而降低。聚焦光斑越小，單位面積顆粒表面承受的輻射能量越大。在對照組參數(shù)條件下，聚焦光斑在0.1 mm以下，才能達到所需的成型溫度。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]月壤原位成型技術(shù)工程適用性淺析[J]. 王志浩,劉宇明,田東波,向樹紅,馮偉泉,裴一飛,白羽,馬子良.  航天器環(huán)境工程. 2018(03)
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[3]月球混凝土研究進展[J]. 李麗華,唐輝明,劉數(shù)華,肖衡林.  混凝土. 2011(09)
[4]月球用水泥及混凝土的探索和設(shè)計[J]. 葉青,楊慧,馬成暢.  新型建筑材料. 2010(05)
[5]月壤鈦鐵礦微波燒結(jié)制備月球基地結(jié)構(gòu)材料的初步設(shè)想[J]. 唐紅,王世杰,李雄耀,李芃,陳豐.  礦物學(xué)報. 2009(02)

博士論文
[1]淺層月壤鏟挖動力學(xué)建模及應(yīng)用研究[D]. 梁磊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3399904