曲面共形3D打印系统的设计与实现

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共形天线是附着于载体表面且与载体贴合的阵列天线,使用时需要将天线共形的安装在固定形状物体的表面上,从而形成非平面的共形天线阵。共形天线作为无线电子通讯设备中的新兴产品,尤其在航空航天领域中的应用越来越广泛。共形天线的高精度制造与微型化制造成为拓宽共形天线应用领域的关键之一。现今工业上对于共形天线的制备较多采用的是印刷电子技术,但对于不同曲面上的共形天线结构制造,印刷电子技术存在灵活性较低和实现精度有限的局限性。基于上述背景,搭建了曲面共形3D打印系统。系统以六自由度机械手作为机械运动本体,利用了机械手在工作空间运动的灵活性、较高的精度、可重复编程等优点。系统以3D直写技术作为工艺手段,结合了3D直写技术响应快速灵敏、实现精度较高、线宽可选等特点。最后,系统以激光光学系统为实现途径,在激光光斑的作用下快速将打印的纳米银材料中的有机物去除并将纳米银浆烧结成型,得到具备较好导电性能的银线结构。构建了CAD-CAM-PAC的数据链结构,在CAD中进行曲面建模并进行共形结构的轨迹规划,然后在CAM中用加工的方法生成刀具轨迹,并输出相应的刀位源文件和数控G代码,最后经坐标变换和代码转换将数控代码转换成机械手的PAC语言。以离线编程的方式完成机械手的编程,在WINCAPS III软件中进行仿真,确认仿真无误后才完成了打印系统中对机械手运动路径的规划。本文旨在得到较高精度的曲面共形天线结构。对于影响打印精度的条件从两方面进行了分析:一方面是对系统工艺参数的设定进行了分析,探究了机械手速度设定大小和激光器功率对银导线形貌和电阻率的影响;另一方面是对机械手插补控制方式的分析,使用直线插补和自由曲线插补两种插补控制方式分别对机械手进行编程,并分析了两种插补控制方式对应的打印精度。实验完成了不同曲面上较高精度的微小型共形天线结构的打印制造,并对半球面双螺旋天线结构的一些参数进行了测试和分析。本文还完成了在曲面上对指定区域进行填充的实验。实验结果验证了共形3D打印的制造方法是可行的,为共形天线的高精度制造提供了基础。
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