本發(fā)明屬于先進(jìn)制造，具體地說涉及一種太陽能聚焦3d打印技術(shù)，尤其涉及光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的3d打印增材制造技術(shù)一般采用激光、電子束、等離子、電弧等高密度熱源來熔化材料完成材料的成形過程，而實(shí)現(xiàn)這一過程需要高功率電源做支撐。由于空天環(huán)境的特殊性，空天裝備活動所需能源只能通過太陽能電池板吸收太陽能并轉(zhuǎn)換成電能提供。但是，由于受技術(shù)和材料限制，目前太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率太低，一般不超過20%。外空間現(xiàn)場裝備零部件3d打印快速制造和再制造如果采用傳統(tǒng)熱源進(jìn)行的話，則需要數(shù)量龐大的太陽能電池板做基礎(chǔ)，使得系統(tǒng)變得龐大復(fù)雜。這不但大幅推高系統(tǒng)的制造和使用成本，更重要的是增大系統(tǒng)的操控和維護(hù)難度。為此，利用太陽能追蹤收集系統(tǒng)直接聚焦太陽能做3d打印成形熱源，可以有效解決上述問題。

2、相較于其他3d打印技術(shù)，太陽能聚焦3d打印具備供電依賴程度低、可再生能源太陽能充分利用、操作方便靈活、按需制造等優(yōu)點(diǎn)。近年來，直接匯聚太陽光熔融材料，利用可再生能源作為3d打印熱源逐漸吸引了研究者的目光，直接利用太陽光開展偏遠(yuǎn)地區(qū)和極端環(huán)境下的3d打印，實(shí)現(xiàn)能量高效利用和快速成型制造，提高系統(tǒng)在極端環(huán)境下的可靠性，助力極端環(huán)境的開發(fā)和建造活動。但是現(xiàn)有的太陽能聚焦3d打印的光束位置不能任意指定，不具有萬向性，靈活性較低，并且不能實(shí)現(xiàn)控制光通量的高低。

3、因此，為了解決此類問題，我們提出了光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，包括3d打印系統(tǒng)，所述3d打印系統(tǒng)包括太陽光收集子系統(tǒng)、光路子系統(tǒng)、光熱3d打印子系統(tǒng)和中樞控制子系統(tǒng)，太陽光收集子系統(tǒng)包括定日模塊和匯聚模塊，匯聚模塊包括若干鏡筒，光路子系統(tǒng)包括若干光纖本體以及用于光束整形的整形模塊，若干光纖本體分別與若干鏡筒匹配連接，光路子系統(tǒng)上還設(shè)有光控模塊；

4、所述光熱3d打印子系統(tǒng)包括送絲模塊和打印模塊以及控制模塊。

5、優(yōu)選的，所述定日模塊包括底座，底座上豎直轉(zhuǎn)動連接有方位軸，且底座上安裝有用于驅(qū)動方位軸的方位電機(jī)，方位軸頂部橫向轉(zhuǎn)動連接有俯仰軸，且方位軸上安裝有用于驅(qū)動俯仰軸的俯仰電機(jī)，俯仰軸的兩端均固定有安裝板，若干鏡筒均勻匹配安裝在兩個(gè)安裝板上，俯仰軸中部還安裝有光電傳感器。

6、優(yōu)選的，所述鏡筒的一端設(shè)有端口并安裝有菲涅爾透鏡，鏡筒的另一端通過光纖卡頭固定連接光纖本體。

7、優(yōu)選的，所述整形模塊包括光纖束固定板，其中每六根光纖本體合并形成光纖束，光纖束固定板陣列設(shè)有若干光纖束孔，且光纖束能夠通過緊固件安裝設(shè)置在光纖束孔上，光纖束固定板底部平行設(shè)置光纖固定板，光纖固定板上陣列設(shè)有若干光纖孔，若干光纖本體通過光纖束后分散設(shè)置并分別對應(yīng)插入若干光纖孔內(nèi)，光纖固定板底部平行設(shè)有透鏡固定板，透鏡固定板上陣列設(shè)有若干透鏡孔，透鏡孔上通過透鏡壓環(huán)固定有非球面透鏡，透鏡固定板底部平行設(shè)有聚焦鏡固定板，聚焦鏡固定板上設(shè)有聚焦鏡孔，聚焦鏡孔上安裝有菲涅爾聚光鏡，聚焦鏡固定板上安裝有用于限制定位菲涅爾聚光鏡的透鏡壓板。

8、優(yōu)選的，所述光控模塊包括下?lián)醢?，下?lián)醢迤叫性O(shè)置在聚焦鏡固定板下方，下?lián)醢迳显O(shè)有圓孔，圓孔內(nèi)安裝有光闌開關(guān)。

9、優(yōu)選的，所述光纖束固定板和光纖固定板、透鏡固定板、聚焦鏡固定板以及下?lián)醢寰ㄟ^四個(gè)光學(xué)支桿固定連接，且同一側(cè)均與一個(gè)基板固定連接，基板的頂部還固定有上擋板，上擋板設(shè)有通孔，且上擋板也與四個(gè)光學(xué)支桿的匹配固定連接。

10、優(yōu)選的，所述送絲模塊包括送絲機(jī)，送絲機(jī)匹配設(shè)有送絲嘴，送絲嘴位于下?lián)醢宓南路健?/p>

11、優(yōu)選的，所述打印模塊包括三軸滑臺，三軸滑臺上安裝有打印平臺，打印平臺位于送絲嘴下方，基板安裝設(shè)置在三軸滑臺上，三軸滑臺能夠帶動基板進(jìn)行三軸方向移動，基板下方還設(shè)有加熱片。

12、優(yōu)選的，所述控制模塊包括電控箱，電控箱與送絲機(jī)以及三軸滑臺電信號連接，電控箱能夠控制送絲機(jī)和三軸滑臺。

13、優(yōu)選的，所述中樞控制子系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)和氣氛保護(hù)系統(tǒng)，供電系統(tǒng)包括太陽能電池板和蓄電池，太陽能電池板能夠?yàn)樾铍姵爻潆?，氣氛保護(hù)系統(tǒng)包括萬向竹節(jié)氣管，萬向竹節(jié)氣管側(cè)邊環(huán)繞設(shè)有若干氣孔，萬向竹節(jié)氣管環(huán)繞設(shè)置在打印平臺上側(cè)邊沿，環(huán)狀氣管內(nèi)部能夠通入氮?dú)狻?/p>

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、1：本發(fā)明中設(shè)置的若干光纖可以將光束傳輸至任意指定位置，具有萬向性，靈活性高，且產(chǎn)品具有可拓展性，維護(hù)成本低的特點(diǎn)，通過改變光闌開關(guān)20孔徑的大小，或者增加或減少鏡筒3的數(shù)量能夠?qū)崿F(xiàn)光通量大小的調(diào)節(jié)。

16、2：本發(fā)明中通過光電跟蹤太陽，能夠確定太陽的位置，保證太陽光垂直入射聚光器，能夠?qū)崿F(xiàn)光束整形，將雜散的光束匯聚于一點(diǎn)，形成光斑，使得后續(xù)送絲機(jī)配合絲材送至光斑處，在打印平臺上進(jìn)行熔融沉積成型，實(shí)現(xiàn)3d打印。

1.光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽光收集子系統(tǒng)、光路子系統(tǒng)、光熱3d打印子系統(tǒng)和中樞控制子系統(tǒng)，太陽光收集子系統(tǒng)包括定日模塊（1）和匯聚模塊（2），匯聚模塊（2）包括若干鏡筒（3），光路子系統(tǒng)包括若干光纖本體（4）以及用于光束整形的整形模塊，若干光纖本體（4）分別與若干鏡筒（3）匹配連接，光路子系統(tǒng)上還設(shè)有光控模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述定日模塊（1）包括底座，底座上豎直轉(zhuǎn)動連接有方位軸（5），且底座上安裝有用于驅(qū)動方位軸（5）的方位電機(jī)，方位軸（5）頂部橫向轉(zhuǎn)動連接有俯仰軸（6），且方位軸（5）上安裝有用于驅(qū)動俯仰軸（6）的俯仰電機(jī)，俯仰軸（6）的兩端均固定有安裝板（7），若干鏡筒（3）均勻匹配安裝在兩個(gè)安裝板（7）上，俯仰軸（6）中部還安裝有光電傳感器（30）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡筒（3）的一端設(shè)有端口并安裝有菲涅爾透鏡（8），鏡筒（3）的另一端通過光纖卡頭（9）固定連接光纖本體（4）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述整形模塊包括光纖束固定板（10），其中每六根光纖本體（4）合并形成光纖束（11），光纖束固定板（10）陣列設(shè)有若干光纖束孔，且光纖束（11）能夠通過緊固件安裝設(shè)置在光纖束孔上，光纖束固定板（10）底部平行設(shè)置光纖固定板（12），光纖固定板（12）上陣列設(shè)有若干光纖孔，若干光纖本體（4）通過光纖束（11）后分散設(shè)置并分別對應(yīng)插入若干光纖孔內(nèi)，光纖固定板（12）底部平行設(shè)有透鏡固定板（13），透鏡固定板（13）上陣列設(shè)有若干透鏡孔，透鏡孔上通過透鏡壓環(huán)（14）固定有非球面透鏡（15），透鏡固定板（13）底部平行設(shè)有聚焦鏡固定板（16），聚焦鏡固定板（16）上設(shè)有聚焦鏡孔，聚焦鏡孔上安裝有菲涅爾聚光鏡（17），聚焦鏡固定板（16）上安裝有用于限制定位菲涅爾聚光鏡（17）的透鏡壓板（18）。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述光控模塊包括下?lián)醢澹?9），下?lián)醢澹?9）平行設(shè)置在聚焦鏡固定板（16）下方，下?lián)醢澹?9）上設(shè)有圓孔，圓孔內(nèi)安裝有光闌開關(guān)（20）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖束固定板（10）和光纖固定板（12）、透鏡固定板（13）、聚焦鏡固定板（16）以及下?lián)醢澹?9）均通過四個(gè)光學(xué)支桿（21）固定連接，且同一側(cè)均與一個(gè)基板（22）固定連接，基板（22）的頂部還固定有上擋板（23），上擋板（23）設(shè)有通孔，且上擋板（23）也與四個(gè)光學(xué)支桿（21）的匹配固定連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述送絲模塊包括送絲機(jī)（24），送絲機(jī)（24）匹配設(shè)有送絲嘴（25），送絲嘴（25）位于下?lián)醢澹?9）的下方。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述打印模塊包括三軸滑臺（26），三軸滑臺（26）上安裝有打印平臺（27），打印平臺（27）位于送絲嘴（25）下方，基板（22）安裝設(shè)置在三軸滑臺（26）上，三軸滑臺（26）能夠帶動基板（22）進(jìn)行三軸方向移動，基板（22）下方還設(shè)有加熱片。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括電控箱，電控箱與送絲機(jī)（24）以及三軸滑臺（26）電信號連接，電控箱能夠控制送絲機(jī)（24）和三軸滑臺（26）。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3d打印系統(tǒng)，其特征在于，所述中樞控制子系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)和氣氛保護(hù)系統(tǒng)，供電系統(tǒng)包括太陽能電池板（28）和蓄電池（29），太陽能電池板（28）能夠?yàn)樾铍姵兀?9）充電，氣氛保護(hù)系統(tǒng)包括萬向竹節(jié)氣管（31），萬向竹節(jié)氣管（31）側(cè)邊環(huán)繞設(shè)有若干氣孔，萬向竹節(jié)氣管（31）環(huán)繞設(shè)置在打印平臺（27）上側(cè)邊沿，環(huán)狀氣管內(nèi)部能夠通入氮?dú)狻?/p>
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體的公開了光通量可控的多光纖導(dǎo)光聚焦3D打印系統(tǒng)，包括太陽光收集子系統(tǒng)、光路子系統(tǒng)、光熱3D打印子系統(tǒng)和中樞控制子系統(tǒng)，太陽光收集子系統(tǒng)包括定日模塊和匯聚模塊，匯聚模塊包括若干鏡筒，光路子系統(tǒng)包括若干光纖本體以及用于光束整形的整形模塊，若干光纖本體分別與若干鏡筒匹配連接，光路子系統(tǒng)上還設(shè)有光控模塊，光熱3D打印子系統(tǒng)包括送絲模塊和打印模塊以及控制模塊。本發(fā)明無需消耗任何傳統(tǒng)能源，設(shè)置的太陽光匯聚模塊能夠根據(jù)需要進(jìn)行隨意擴(kuò)展和減少，滿足靈活的打印需求，整體具有維修成本低的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：柳建,杜嫻,劉軍,閆興鵬,李靜,蔡志海,郭杰,王海斗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍陸軍裝甲兵學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15