CN104577297A - 一种星载小型演化天线的成形制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星载小型演化天线的成形制造工艺，包括以下步骤：S1、采用基于FDM的快速成形方法制备塑料材质的辅助支撑结构，所述辅助支撑结构具有用于嵌入天线的凹槽；S2、将天线导线丝材嵌入到辅助支撑结构中的凹槽内。本发明采用FDM工艺制造可包容星载小型演化天线的塑料材质辅助支撑结构，该支撑结构具有和星载小型演化天线同样的复杂空间结构，其横截面与天线导线圆形截面形成互补的半包围结构。将金属丝镶嵌到由FDM方法所制备的支撑结构中即完成了星载小型演化天线的制备。该工艺不仅可以实现对复杂结构星载小型演化天线空间位置和空间角度的高精度成形，还能增强星载小型演化天线使用过程中的结构强度和刚度。

Description

一种星载小型演化天线的成形制造工艺

技术领域

本发明涉及一种星载小型演化天线的成形制造工艺。

背景技术

具有复杂空间形状小型演化天线的设计和制造是目前航空航天领域的前沿研究课题，是卫星等航空航天设备中所必不可少的关键零件。该类天线由于具有复杂的空间几何形状(其空间形状多通过计算机演化算法得到，具有随机性和不可预测性)，且该类天线需要采用直径1-3mm的细金属丝制备，其空间形状的高精度成形也是目前机械加工领域所急需解决的关键问题之一。

对于复杂空间形状小型演化天线的成形制造，在美国ST-5演化天线计划研制计划中，美国军方使用数控折弯机来使其成形。目前，国内的数控折弯工艺，受到导线直径(直径不能小于3mm)和空间形状干涉的限制，很难实现该类复杂空间形状小尺寸天线的成形制造，而且成本很高，目前多采用人工折弯的方式来制作该类天线的模型，但所成形天线的空间结构和成形精度无法保证，严重影响天线的使用性能。

快速成形制造是一种典型的增材制造工艺，可以实现各种复杂形状零件的分层和逐层叠加成形。近年来，该技术的产业化进程发展迅速，目前市面上常见的3D打印机，即采用的是一种称为FDM的快速成形工艺。FDM，即熔融沉积制造工艺，所使用的材料一般是丝状热塑性材料，如PLA、ABS、尼龙等。材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结形成实体零件。由于受到零件材料的限制，FDM工艺不能直接制备金属材质的复杂空间形状小尺寸天线。常见的金属快速成形方法包括SLS和SLM等，主要采用激光热源来烧结或加热融化金属粉末来成形金属零件，现有的激光快速成形工艺在制备具有微细直径的小型演化天线时，金属粉末薄层在烧结或加热融化时会产生严重的球化现象从而影响到天线的成形质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种星载小型演化天线的成形制造工艺，不仅可以实现对复杂结构星载小型天线空间位置和空间角度的高精度成形，还能增强星载小型天线使用过程中的结构强度和刚度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种星载小型天线的成形制造工艺，包括以下步骤：

S1、采用基于FDM的快速成形方法制备塑料材质的辅助支撑结构，所述辅助支撑结构具有用于嵌入天线的凹槽；

S2、将导线丝材嵌入到辅助支撑结构中的凹槽内。

上述方案中，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11、在三维造型软件中根据星载小型天线的空间位置，在其起始点处设定辅助支撑结构横截面；

S12、采用布尔运算方法，在辅助支撑结构横截面中形成与天线横截面对应的缺口，辅助支撑结构横截面外轮廓相对于天线圆形截面形成半包围；

S13、采用扫略成形方法，使辅助支撑结构横截面沿天线的空间轮廓生成三维实体结构；

S14、根据三维实体结构采用基于FDM的快速成形方法制备辅助支撑结构。

上述方案中，所述步骤S11中，所述辅助支撑结构横截面为圆形或矩形。

实施本发明的星载小型天线的成形制造工艺，具有以下有益效果：

采用FDM工艺制造可包容星载小型天线的塑料材质辅助支撑结构，该支撑结构具有和星载小型天线同样的复杂空间结构，其横截面与天线导线圆形截面形成互补的半包围结构。将金属丝镶嵌到由FDM方法所制备的支撑结构中即完成了星载小型天线的制备。该工艺不仅可以实现对复杂结构星载小型空间位置和空间角度的高精度成形，还能增强星载小型天线使用过程中的结构强度和刚度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是辅助支撑结构的横截面示意图；

图2是将天线嵌入辅助支撑结构后的截面图；

图3是星载小型演化天线的结构示意图；

图4是辅助支撑结构的结构示意图；

图5是辅助支撑结构嵌入星载小型天线后的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-图5所示，本发明星载小型演化天线的成形制造工艺包括以下步骤：

S1、采用基于FDM的快速成形方法制备塑料材质的辅助支撑结构1，辅助支撑结构1具有用于嵌入天线的凹槽。

步骤S1进一步包括以下步骤：

S11、在三维造型软件中根据星载小型天线2的空间位置，在其起始点处设定辅助支撑结构1的横截面。辅助支撑结构1横截面的形状多样，需要根据使用条件来设定，一般为圆形或矩形。

S12、采用布尔运算方法，在辅助支撑结构1横截面中形成与天线2横截面对应的缺口，辅助支撑结构1横截面外轮廓相对于天线圆形截面形成半包围，如图1、图2所示，便于天线2嵌入到支撑结构1中。

S13、采用扫略成形方法，使辅助支撑结构1横截面沿小型演化天线2的空间轮廓生成三维实体结构，如图4所示。辅助支撑结构1上有一条由多段线段连接而成的空间线性凹槽。

S14、根据三维实体结构采用基于FDM的快速成形方法制备辅助支撑结构1。

S2、将天线2的导线丝材嵌入到辅助支撑结构1中的凹槽内，如图5所示。嵌入与凹槽直径向匹配的天线2的导线丝材后，各段金属丝材中心线的空间位置和空间角度都满足星载小型天线结构的设计要求。同时，塑料材料(如PLA)对天线接收和发射信号的影响不大(PLA材料的相对介电常数为4F/m，空气的相对介电常数为1F/m)。

本发明实现了具有空间复杂结构的星载小型演化天线的快速高精度成形制造，满足其对空间位置和空间角度的高精度成形要求，同时在不影响星载小型天线使用性能的前提下增强了其结构强度和刚度，有利于星载小型天线的正常工作。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种星载小型演化天线的成形制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用基于FDM的快速成形方法制备塑料材质的辅助支撑结构，所述辅助支撑结构具有用于嵌入天线的凹槽；

S2、将天线导线丝材嵌入到辅助支撑结构中的凹槽内。

2.根据权利要求1所述的星载小型演化天线的成形制造工艺，其特征在于，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11、在三维造型软件中根据星载小型演化天线的空间位置，在其起始点处设定辅助支撑结构横截面；

S12、采用布尔运算方法，在辅助支撑结构横截面中形成与天线横截面对应的缺口，辅助支撑结构横截面外轮廓相对于天线圆形截面形成半包围；

S13、采用扫略成形方法，使辅助支撑结构横截面沿小型演化天线的空间轮廓生成三维实体结构；

S14、根据三维实体结构采用基于FDM的快速成形方法制备辅助支撑结构。

3.根据权利要求2所述的星载小型演化天线的成形制造工艺，其特征在于，所述步骤S11中，所述辅助支撑结构横截面为圆形或矩形。