探索浩瀚宇宙是人類不懈追求的航天夢(mèng),其關(guān)乎人類命運(yùn)共同體的走向。外星資源原位利用為人類可持續(xù)宇宙探索提供了重要契機(jī),其可大幅降低宇宙探索活動(dòng)對(duì)地球發(fā)射載荷的依賴。月球表面豐富的月壤資源和充沛的太陽(yáng)能,為具有戰(zhàn)略支撐作用的月球基地建設(shè)用工程材料的生產(chǎn)提供了天然先決條件。本文立足“就地取材,原位利用”的理念,采用理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合研究方法,探索月壤直接太陽(yáng)光增材制造方法,為新時(shí)代航天強(qiáng)國(guó)外星基地建設(shè)增磚添瓦。首先,搭建了直接太陽(yáng)光粉床熔覆月壤增材制造試驗(yàn)系統(tǒng)。研制了可追光3D打印平臺(tái),并結(jié)合菲涅爾透鏡聚光器、粉床作動(dòng)平臺(tái)、輔助加熱裝置,設(shè)計(jì)集成了直接太陽(yáng)光粉床熔覆增材制造系統(tǒng)。進(jìn)而,分析了系統(tǒng)機(jī)械性能和工作窗口、菲涅爾透鏡聚光器能量輸入特性、輔助加熱裝置輔助加熱效果等工作性能。結(jié)果表明,系統(tǒng)適用太陽(yáng)高度角30°～69.1°,聚光器輸入能量密度3.36×10⁶ W/m²～3.87×10⁶ W/m²,輔助加熱裝置作用下粉床表面平均溫度177℃。其次,建立了直接太陽(yáng)光粉床熔覆增材制造瞬態(tài)非線性... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

系統(tǒng)功能與關(guān)系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-13-2.2.1萬(wàn)向底座構(gòu)造與功能萬(wàn)向底座由萬(wàn)向輪，鋼制底座，合頁(yè)，電動(dòng)油缸，打印機(jī)托架組成，如圖2-2所示。萬(wàn)向底座在整個(gè)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)打印平臺(tái)的移動(dòng)和追光功能。萬(wàn)向輪可實(shí)現(xiàn)整個(gè)打印系統(tǒng)在水平面內(nèi)各個(gè)方向的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，從而解決追光過(guò)程中太陽(yáng)在一日之內(nèi)方位角隨時(shí)刻變化的問(wèn)題。電動(dòng)油缸配合合頁(yè)與打印機(jī)托架可實(shí)現(xiàn)打印平臺(tái)垂直面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)油缸處于縮回狀態(tài)時(shí)，打印機(jī)托架與水平面夾角為20.9°；當(dāng)油缸行程達(dá)到最大時(shí)，打印機(jī)托架與水平面夾角為32.5°。月壤的休止角為46°，因此打印平臺(tái)最大傾角m不應(yīng)大于32.5°。不考慮其他措施，打印平臺(tái)可以正常工作的太陽(yáng)高度角范圍為：57.5°~69.1°。圖2-2萬(wàn)向底座構(gòu)造由于太陽(yáng)的高度角與方位角隨著季節(jié)、時(shí)間、時(shí)刻處于不斷的變化之中，追光的有效與否會(huì)直接影響到以太陽(yáng)光作為熱源的3D打印制造部品的準(zhǔn)確性。因而本課題研究了太陽(yáng)高度角方位角變化對(duì)打印過(guò)程的影響，進(jìn)而指導(dǎo)追光過(guò)程。以合頁(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閄方向，太陽(yáng)方位角變化的影響方向?yàn)閅方向，高度角變化影響方向?yàn)閅方向，太陽(yáng)高度角與方位角變化對(duì)XY方向上單位時(shí)間內(nèi)光斑位移的影響，如式(2-1)、式(2-2)所示：ytansRA(2-1)式中y——單位時(shí)間Y方向上光斑位移（mm/min）;R——透鏡焦距（mm）;sA——單位時(shí)間太陽(yáng)方位角變化（°/min）。121sinsin90-tansinsinsinsSSShRxmhhh(2-2)式中x——單位時(shí)間X方向上光斑的位移（mm/min）;控制器電動(dòng)油缸蓄電池萬(wàn)向輪合頁(yè)XY

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-15-材制造平面移動(dòng)的指令代碼進(jìn)行XY方向修正，使用經(jīng)過(guò)修正的指令代碼進(jìn)行增材制造，并控制單次增材制造時(shí)間不超過(guò)10分鐘。2.2.2傳動(dòng)與控制分系統(tǒng)構(gòu)造與功能傳動(dòng)與控制系統(tǒng)包括水平步進(jìn)電機(jī)組、垂直步進(jìn)電機(jī)組、絲杠、導(dǎo)軌、傳動(dòng)皮帶、底板、控制主板等部分組成，如圖2-3所示。傳動(dòng)與控制系統(tǒng)在整個(gè)增材制造系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)所接收的指令代碼，實(shí)現(xiàn)光斑在水平面內(nèi)和底板在豎直面內(nèi)準(zhǔn)確的自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。圖2-3傳動(dòng)與控制系統(tǒng)構(gòu)造控制主板通過(guò)數(shù)據(jù)連接線與裝有控制軟件的終端相聯(lián)，接收終端發(fā)送的經(jīng)過(guò)XY方向修正后的控制代碼。主板根據(jù)接收的控制代碼發(fā)送脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)組運(yùn)動(dòng)。垂直步進(jìn)電機(jī)組由兩個(gè)OK42STH60-2304A步進(jìn)電機(jī)組成，步進(jìn)電機(jī)步距角為1.8°，最大靜力矩為0.89N·m。兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別位于底板兩側(cè)，根據(jù)接收來(lái)自控制主板驅(qū)動(dòng)模塊輸出的脈沖電流驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)皮帶，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)底板實(shí)現(xiàn)可控的上下移動(dòng)。水平步進(jìn)電機(jī)組電機(jī)的數(shù)量與型號(hào)與垂直步進(jìn)電機(jī)組相同，兩步進(jìn)電機(jī)共同置于系統(tǒng)頂部同側(cè)。水平步進(jìn)電機(jī)組接收控制主板的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)皮帶，皮帶通過(guò)導(dǎo)軌帶動(dòng)打印頭實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)各方向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，打印頭上安裝菲涅爾透鏡聚光裝置，聚光裝置聚焦的太陽(yáng)光斑跟隨打印頭運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光斑在平面內(nèi)任意路徑的自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)可對(duì)單層內(nèi)任意路徑進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)增材制造系統(tǒng)分層制造的功能；通過(guò)底板的上下可控運(yùn)動(dòng)精確控制層高，為增材制造系統(tǒng)逐層制造的功能的實(shí)現(xiàn)奠定基矗垂直步進(jìn)電機(jī)控制主板傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)皮帶水平步進(jìn)電機(jī)組絲杠


本文編號(hào)：3092228