一種星載小型演化天線的成形制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星載小型演化天線的成形制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]具有復(fù)雜空間形狀小型演化天線的設(shè)計和制造是目前航空航天領(lǐng)域的前沿研宄課題，是衛(wèi)星等航空航天設(shè)備中所必不可少的關(guān)鍵零件。該類天線由于具有復(fù)雜的空間幾何形狀(其空間形狀多通過計算機(jī)演化算法得到，具有隨機(jī)性和不可預(yù)測性)，且該類天線需要采用直徑1_3_的細(xì)金屬絲制備，其空間形狀的高精度成形也是目前機(jī)械加工領(lǐng)域所急需解決的關(guān)鍵問題之一。
[0003]對于復(fù)雜空間形狀小型演化天線的成形制造，在美國ST-5演化天線計劃研制計劃中，美國軍方使用數(shù)控折彎機(jī)來使其成形。目前，國內(nèi)的數(shù)控折彎工藝，受到導(dǎo)線直徑(直徑不能小于3mm)和空間形狀干涉的限制，很難實(shí)現(xiàn)該類復(fù)雜空間形狀小尺寸天線的成形制造，而且成本很高，目前多采用人工折彎的方式來制作該類天線的模型，但所成形天線的空間結(jié)構(gòu)和成形精度無法保證，嚴(yán)重影響天線的使用性能。
[0004]快速成形制造是一種典型的增材制造工藝，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜形狀零件的分層和逐層疊加成形。近年來，該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)展迅速，目前市面上常見的3D打印機(jī)，即采用的是一種稱為FDM的快速成形工藝。FDM，即熔融沉積制造工藝，所使用的材料一般是絲狀熱塑性材料，如PLA、ABS、尼龍等。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)形成實(shí)體零件。由于受到零件材料的限制，F(xiàn)DM工藝不能直接制備金屬材質(zhì)的復(fù)雜空間形狀小尺寸天線。常見的金屬快速成形方法包括SLS和SLM等，主要采用激光熱源來燒結(jié)或加熱融化金屬粉末來成形金屬零件，現(xiàn)有的激光快速成形工藝在制備具有微細(xì)直徑的小型演化天線時，金屬粉末薄層在燒結(jié)或加熱融化時會產(chǎn)生嚴(yán)重的球化現(xiàn)象從而影響到天線的成形質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種星載小型演化天線的成形制造工藝，不僅可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)星載小型天線空間位置和空間角度的高精度成形，還能增強(qiáng)星載小型天線使用過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種星載小型天線的成形制造工藝，包括以下步驟:
[0007]S1、采用基于FDM的快速成形方法制備塑料材質(zhì)的輔助支撐結(jié)構(gòu)，所述輔助支撐結(jié)構(gòu)具有用于嵌入天線的凹槽；
[0008]S2、將導(dǎo)線絲材嵌入到輔助支撐結(jié)構(gòu)中的凹槽內(nèi)。
[0009]上述方案中，所述步驟SI進(jìn)一步包括以下步驟:
[0010]S11、在三維造型軟件中根據(jù)星載小型天線的空間位置，在其起始點(diǎn)處設(shè)定輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面；
[0011]S12、采用布爾運(yùn)算方法，在輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面中形成與天線橫截面對應(yīng)的缺口，輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面外輪廓相對于天線圓形截面形成半包圍；
[0012]S13、采用掃略成形方法，使輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面沿天線的空間輪廓生成三維實(shí)體結(jié)構(gòu)；
[0013]S14、根據(jù)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)采用基于FDM的快速成形方法制備輔助支撐結(jié)構(gòu)。
[0014]上述方案中，所述步驟Sll中，所述輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面為圓形或矩形。
[0015]實(shí)施本發(fā)明的星載小型天線的成形制造工藝，具有以下有益效果:
[0016]采用FDM工藝制造可包容星載小型天線的塑料材質(zhì)輔助支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)具有和星載小型天線同樣的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，其橫截面與天線導(dǎo)線圓形截面形成互補(bǔ)的半包圍結(jié)構(gòu)。將金屬絲鑲嵌到由FDM方法所制備的支撐結(jié)構(gòu)中即完成了星載小型天線的制備。該工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)星載小型空間位置和空間角度的高精度成形，還能增強(qiáng)星載小型天線使用過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。
【附圖說明】
[0017]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0018]圖1是輔助支撐結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0019]圖2是將天線嵌入輔助支撐結(jié)構(gòu)后的截面圖；
[0020]圖3是星載小型演化天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是輔助支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是輔助支撐結(jié)構(gòu)嵌入星載小型天線后的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0024]如圖1-圖5所示，本發(fā)明星載小型演化天線的成形制造工藝包括以下步驟:
[0025]S1、采用基于FDM的快速成形方法制備塑料材質(zhì)的輔助支撐結(jié)構(gòu)I，輔助支撐結(jié)構(gòu)I具有用于嵌入天線的凹槽。
[0026]步驟SI進(jìn)一步包括以下步驟:
[0027]S11、在三維造型軟件中根據(jù)星載小型天線2的空間位置，在其起始點(diǎn)處設(shè)定輔助支撐結(jié)構(gòu)I的橫截面。輔助支撐結(jié)構(gòu)I橫截面的形狀多樣，需要根據(jù)使用條件來設(shè)定，一般為圓形或矩形。
[0028]S12、采用布爾運(yùn)算方法，在輔助支撐結(jié)構(gòu)I橫截面中形成與天線2橫截面對應(yīng)的缺口，輔助支撐結(jié)構(gòu)I橫截面外輪廓相對于天線圓形截面形成半包圍，如圖1、圖2所示，便于天線2嵌入到支撐結(jié)構(gòu)I中。
[0029]S13、采用掃略成形方法，使輔助支撐結(jié)構(gòu)I橫截面沿小型演化天線2的空間輪廓生成三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，如圖4所示。輔助支撐結(jié)構(gòu)I上有一條由多段線段連接而成的空間線性凹槽。
[0030]S14、根據(jù)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)采用基于FDM的快速成形方法制備輔助支撐結(jié)構(gòu)I。
[0031]S2、將天線2的導(dǎo)線絲材嵌入到輔助支撐結(jié)構(gòu)I中的凹槽內(nèi)，如圖5所示。嵌入與凹槽直徑向匹配的天線2的導(dǎo)線絲材后，各段金屬絲材中心線的空間位置和空間角度都滿足星載小型天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。同時，塑料材料(如PLA)對天線接收和發(fā)射信號的影響不大(PLA材料的相對介電常數(shù)為4F/m，空氣的相對介電常數(shù)為lF/m)。
[0032]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了具有空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)的星載小型演化天線的快速高精度成形制造，滿足其對空間位置和空間角度的高精度成形要求，同時在不影響星載小型天線使用性能的前提下增強(qiáng)了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，有利于星載小型天線的正常工作。
[0033]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種星載小型演化天線的成形制造工藝，其特征在于，包括以下步驟: 51、采用基于FDM的快速成形方法制備塑料材質(zhì)的輔助支撐結(jié)構(gòu)，所述輔助支撐結(jié)構(gòu)具有用于嵌入天線的凹槽； 52、將天線導(dǎo)線絲材嵌入到輔助支撐結(jié)構(gòu)中的凹槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載小型演化天線的成形制造工藝，其特征在于，所述步驟SI進(jìn)一步包括以下步驟: 511、在三維造型軟件中根據(jù)星載小型演化天線的空間位置，在其起始點(diǎn)處設(shè)定輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面； 512、采用布爾運(yùn)算方法，在輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面中形成與天線橫截面對應(yīng)的缺口，輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面外輪廓相對于天線圓形截面形成半包圍； 513、采用掃略成形方法，使輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面沿小型演化天線的空間輪廓生成三維實(shí)體結(jié)構(gòu)； 514、根據(jù)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)采用基于FDM的快速成形方法制備輔助支撐結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星載小型演化天線的成形制造工藝，其特征在于，所述步驟Sll中，所述輔助支撐結(jié)構(gòu)橫截面為圓形或矩形。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種星載小型演化天線的成形制造工藝，包括以下步驟：S1、采用基于FDM的快速成形方法制備塑料材質(zhì)的輔助支撐結(jié)構(gòu)，所述輔助支撐結(jié)構(gòu)具有用于嵌入天線的凹槽；S2、將天線導(dǎo)線絲材嵌入到輔助支撐結(jié)構(gòu)中的凹槽內(nèi)。本發(fā)明采用FDM工藝制造可包容星載小型演化天線的塑料材質(zhì)輔助支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)具有和星載小型演化天線同樣的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，其橫截面與天線導(dǎo)線圓形截面形成互補(bǔ)的半包圍結(jié)構(gòu)。將金屬絲鑲嵌到由FDM方法所制備的支撐結(jié)構(gòu)中即完成了星載小型演化天線的制備。該工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)星載小型演化天線空間位置和空間角度的高精度成形，還能增強(qiáng)星載小型演化天線使用過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。
【IPC分類】H01Q1-14
【公開號】CN104577297
【申請?zhí)枴緾N201510022997
【發(fā)明人】韓光超, 曾三友, 黃何軍, 孫明, 姜翔, 翁宗超, 吳勇, 胡君, 胡一鳴, 許昕愷, 孫振國, 劉巍
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月16日