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原文传递一种3D打印模拟月壤的原位应力测试方法

专利名称：	一种3D打印模拟月壤的原位应力测试方法
摘要：	本发明公开了一种3D打印模拟月壤的原位应力测试方法，包括：将原材料粉碎、干燥处理后筛选得到不同粒径的初始样品；选取特定粒径范围的初始样品，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；选取特定粒径范围的初始样品，在模拟月壤基板上按照已设置的工艺参数激光烧结，随后重复激光烧结过程得到逐层烧结成型模拟月壤；在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。本发明旨在实现对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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国空间技术研究院
发明人：	张辉;董珂琪;姚伟
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-24T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-28T00:00:00+0800
申请号：	CN202310913493.7
公开号：	CN117129512A
代理机构：	中国航天科技专利中心
代理人：	杨春颖
分类号：	G01N25/02;G01L1/24;G01B11/16;G;G01;G01N;G01L;G01B;G01N25;G01L1;G01B11;G01N25/02;G01L1/24;G01B11/16
申请人地址：	100194 北京市海淀区友谊路104号
主权项：	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相机(12)安装在支撑架(13)上。 6.根据权利要求5所述的3D打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，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：将模拟月壤基板安装在夹具(6)上；其中，夹具(6)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(5)位于夹具(6)侧面，用于调节夹具(6)对模拟月壤基板的夹持松紧度；将选取的初始样品B放入筛粉器(2)再次筛选粉末，并通过送粉通道(3)将粉末平铺到模拟月壤基板表面，通过刮刀(4)将粉末整理平整；调节3D打印激光器(1)的位置，使3D打印激光器(1)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；随后重复激光烧结过程得到逐层烧结成型模拟月壤。 7.根据权利要求6所述的3D打印模拟月壤的原位应力测试方法，其特征在于，预先设置的工艺参数如下：3D打印激光器(1)的工作模式为连续或脉冲，激光功率为10～700W，激光光斑大小为0.5～3mm，激光扫描速率为1～100mm/s。 8.根据权利要求5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MOSS观测系统原位测量出激光烧结模拟月壤的应力演变，包括：调节MOSS观测系统激光器(11)的位置，使MOSS观测系统激光器的激光阵列聚焦到模拟月壤基板的反光层，并由CCD相机(12)捕获反射光线；通过监测反射光束间距的变化以评估激光烧结过程中样品曲率的变化，最终相应的原位测量出激光烧结模拟月壤的应力演变。 9.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，反光层镀在模拟月壤基板的不含模拟月壤一侧，或模拟月壤基板平整表面的任意一侧；其中，反光层为金、铂金中的一种；反光层厚度为0.01～1mm。 10.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，步骤1中所述的干燥处理为：将现有模拟月壤放置于90～120℃真空烘箱干燥1～5h；步骤1中筛选得到的初始样品的粒径范围为0.1～300μm；步骤3中激光烧结模拟月壤单层厚度为0.05～0.15mm，烧结层数为1～10。
所属类别：	发明专利