CN114252944A - 一种基于增材制造技术的轻量化反射镜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，属于光学制造技术领域，包括镜面，用于支撑所述镜面的轻量化支撑结构，用于安装固定所述镜面的外框架，以及背板；所述轻量化支撑结构，位于所述镜面、外框架和背板包围起来的空间内部，由若干个均匀布置于所述背板上的桁架组组成；所述轻量化支撑结构采用增材制造技术制备。本发明的基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，镜体采用背板封闭式设计，轻量化采用内部的桁架设计，且加工手段为增材制造，将增材制造和建筑工程常用的桁架结构引入到轻量化反射镜中，既保证了镜体的强度要求，又进一步提高了轻量化率，还克服了传统减材加工手段无法加工的问题。
Description
技术领域
本发明属于光学制造技术领域，涉及一种基于增材制造技术的轻量化反射镜结构。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。近二十年来，增材制造技术取得了快速的发展，基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展。增材制造技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由设计与制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。
随着空间光学的发展，对地面成像的要求越来越高，要求反射镜的口径越来越大，但是受制于发射载具的载荷、空间等因素，对反射镜的轻量化需求便越来越紧迫。同等刚度、强度、口径等指标下的轻量化率越高，便越有优势，更能受到市场青睐。但是由于传统减材加工手段的局限，反射镜的轻量化设计和制造受到了极大约束。
将增材技术与反射镜轻量化结合后便可以克服这一缺陷，基于增材制造技术的反射镜可以实现优化设计、快速制造和加工工艺性好等优点。与传统金属反射镜相比，增材制造金属反射镜可以提高反射镜的结构刚度的同时实现更高程度的轻量化，增材制造反射镜也可以满足光学系统对环境适应性和快速性的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，解决现有反射镜的轻量化设计和制造受到了传统减材加工手段局限的极大约束的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，包括镜面，用于支撑所述镜面的轻量化支撑结构，用于安装固定所述镜面的外框架，以及背板；所述轻量化支撑结构，位于所述镜面、外框架和背板包围起来的空间内部，由若干个均匀布置于所述背板上的桁架组组成；所述轻量化支撑结构采用增材制造技术制备。
进一步地，桁架组为正交桁架组，每个正交桁架组均为中间节点连接4组桁架的正交结构。
进一步地，所述镜面和背板完全对称设置。
进一步地，还包括在所述外框架上开设若干个减重排屑孔，均匀分布、布满于所述外框架，用于采用增材制造技术制备所述轻量化支撑结构时排粉和减重。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明的基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，镜体采用背板封闭式设计，轻量化采用内部的桁架设计，且加工手段为增材制造，将增材制造和建筑工程常用的桁架结构引入到轻量化反射镜中，既保证了镜体的强度要求，又进一步提高了轻量化率，还克服了传统减材加工手段无法加工的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一实施例的基于增材制造技术的轻量化反射镜结构的主视图；
图2为本发明一实施例的基于增材制造技术的轻量化反射镜结构的剖视图；
附图标记说明：1-镜面；2-轻量化支撑结构；21-桁架组；3-外框架；4-背板；5-减重排屑孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，如图1-2所示，包括镜面1，用于支撑所述镜面的轻量化支撑结构2，用于安装固定所述镜面的外框架3，以及背板4；所述轻量化支撑结构2，位于所述镜面1、外框架3和背板4包围起来的空间内部，由若干个均匀布置于所述背板上的桁架组21组成；所述轻量化支撑结构2采用增材制造技术制备。
其中，桁架组21可以设计成正交桁架组，每个正交桁架组均为中间节点连接4组桁架的正交结构。设计所述镜面1和背板4完全对称设置，目的是使重力导致的镜面变形均匀传递。
还包括在所述外框架3上开设若干个减重排屑孔5，均匀分布、布满于所述外框架3，用于采用增材制造技术制备所述轻量化支撑结构2时排粉和减重。
本发明的轻量化反射镜结构，计借鉴了工程力学和拓扑优化技术，复杂的结构使得传统的减材手段无法加工，因此，需要采用增材制造技术制造，为了排粉方便和进一步提高轻量化率，镜体周围开设一圈减重排屑孔。本发明的轻量化反射镜结构，为背板封闭式设计，整个镜体对于镜面的支撑非常充分，保证了镜体的良好刚度。镜体的轻量化依靠内部的桁架组来实现，每个结构中间节点连接4组桁架，且为正交结构，保证了每个面的均匀受力。仿真结果表明，此结构可以有效抵抗重力导致的面型形变。此外，该结构的轻量化程度也很高，在不损失刚度和强度的前提下，镜体轻量化率可以达到85％以上。
本发明的基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，镜体采用背板封闭式设计，轻量化采用内部的桁架设计，且加工手段为增材制造，将增材制造和建筑工程常用的桁架结构引入到轻量化反射镜中，既保证了镜体的强度要求，又进一步提高了轻量化率，还克服了传统减材加工手段无法加工的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，其特征在于，包括镜面，用于支撑所述镜面的轻量化支撑结构，用于安装固定所述镜面的外框架，以及背板；所述轻量化支撑结构，位于所述镜面、外框架和背板包围起来的空间内部，由若干个均匀布置于所述背板上的桁架组组成；所述轻量化支撑结构采用增材制造技术制备。
2.根据权利要求1所述的所述基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，其特征在于，桁架组为正交桁架组，每个正交桁架组均为中间节点连接4组桁架的正交结构。
3.根据权利要求1所述的所述基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，其特征在于，所述镜面和背板完全对称设置。
4.根据权利要求1所述的所述基于增材制造技术的轻量化反射镜结构，其特征在于，还包括在所述外框架上开设若干个减重排屑孔，均匀分布、布满于所述外框架，用于采用增材制造技术制备所述轻量化支撑结构时排粉和减重。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010036024A1 (en) * | 2000-05-05 | 2001-11-01 | Doug Wood | Matrix solar dish |
| US20040136101A1 (en) * | 2002-12-31 | 2004-07-15 | Warren Peter A. | Open lattice mirror structure and method of manufacturing same |
| JP2008306567A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | メンブレンリフレクタ |
| CN102436053A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-05-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种非球面定日镜支撑调整装置 |
| JP2012230149A (ja) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | 軽量化ミラー |
| JP2013165374A (ja) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | メンブレンリフレクタおよびその製造方法 |
| CN203606561U (zh) * | 2013-12-08 | 2014-05-21 | 首航节能光热技术股份有限公司 | 一种焦点固定式非球面太阳聚光器 |
| JP2014151744A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 反射鏡支持機構 |
| US20150077874A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Raytheon Company | Optimal Kinematic Mount for Large Mirrors |
| JP2017032794A (ja) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | 日本電気株式会社 | ミラー支持方法、ミラー支持構造およびミラー構造体 |
| CN110967113A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光谱仪支撑结构 |
| CN111624691A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 金属反射镜及其制造方法 |
| CN112520068A (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-19 | 波音公司 | 增材制造航天器面板的方法及航天器面板 |
-
2021
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Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010036024A1 (en) * | 2000-05-05 | 2001-11-01 | Doug Wood | Matrix solar dish |
| US20040136101A1 (en) * | 2002-12-31 | 2004-07-15 | Warren Peter A. | Open lattice mirror structure and method of manufacturing same |
| JP2008306567A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | メンブレンリフレクタ |
| JP2012230149A (ja) * | 2011-04-25 | 2012-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | 軽量化ミラー |
| CN102436053A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-05-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种非球面定日镜支撑调整装置 |
| JP2013165374A (ja) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | メンブレンリフレクタおよびその製造方法 |
| JP2014151744A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 反射鏡支持機構 |
| US20150077874A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Raytheon Company | Optimal Kinematic Mount for Large Mirrors |
| CN203606561U (zh) * | 2013-12-08 | 2014-05-21 | 首航节能光热技术股份有限公司 | 一种焦点固定式非球面太阳聚光器 |
| JP2017032794A (ja) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | 日本電気株式会社 | ミラー支持方法、ミラー支持構造およびミラー構造体 |
| CN112520068A (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-19 | 波音公司 | 增材制造航天器面板的方法及航天器面板 |
| CN110967113A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光谱仪支撑结构 |
| CN111624691A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 金属反射镜及其制造方法 |
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