本技術(shù)屬于空間輕小型相機領(lǐng)域,具體涉及一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法。

背景技術(shù)：

1、隨著空間輕小型相機“深耦合、高集成、超輕小”發(fā)展，控溫加熱回路及其布線走線在一定程度上制約了輕小型相機的輕小型化和高度集成，甚至影響到相機系統(tǒng)性能。例如，次鏡背部的加熱片導(dǎo)線直徑對小口徑鏡頭的傳函就不可忽略。由于輕小型相機空間限制，目前主鏡等很多結(jié)構(gòu)都無法直接控溫，有些結(jié)構(gòu)甚至需要專門的輔助結(jié)構(gòu)進行熱控實施以實現(xiàn)間接控溫。例如，高度輕量化的反射鏡目前是通過熱輻射方式間接控溫，難以在其上粘貼加熱元件直接控溫。

2、將結(jié)構(gòu)與熱控功能的耦合設(shè)計可以解決上述問題，主要有兩種方式：嵌入式和一體打印式。嵌入式是將已經(jīng)成型好的加熱元件通過一定方式嵌入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，這種方式的缺點是靈活性低、普適性差，不能應(yīng)對空間輕小型相機復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計。一體打印式則是完全通過3d打印的手段，直接將光機結(jié)構(gòu)與控溫加熱回路一體化打印成型，這種方式普適性強，可以滿足復(fù)雜設(shè)計需求?！耙环N電性集成一體化的3d打印成型方法”中公開了一種在3d打印物體的同時打印物體內(nèi)部的電氣導(dǎo)電線路的成型方法。其所打印的實體材料僅限于非金屬材料，且與之匹配的導(dǎo)電材料僅限于低溫熱熔性錫合金材料或膠狀材料，只能在局部范圍內(nèi)同時滿足結(jié)構(gòu)需求和電氣需求。

3、而空間輕小型相機結(jié)構(gòu)材料通常為鈦合金、鋁合金、銅合金、殷鋼、不銹鋼等高溫金屬材料，電加熱材料通常為銅鎳錳合金、鎳鉻合金、鐵鎳鋁合金、高熔點純金屬等電阻率較高的導(dǎo)電材料。采用陶瓷材料絕緣，使得金屬結(jié)構(gòu)和非金屬結(jié)構(gòu)都可以直接打印高熔點或低熔點導(dǎo)電材料；采用陶瓷材料絕緣，提高了加熱回路的使用溫度范圍，因為陶瓷材料的燒結(jié)溫度至少在1000℃以上，遠高于目前加熱片表面的聚酰亞胺絕緣膜溫度。采用目前已公開工藝，無法同時滿足該領(lǐng)域結(jié)構(gòu)需求、電氣需求和熱控需求，同時也未涉及結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，利用絕緣陶瓷實現(xiàn)電氣加熱回路與相機結(jié)構(gòu)間的絕緣，解決了空間相機控溫加熱回路走線布線復(fù)雜、控溫效率低、功耗大、部分結(jié)構(gòu)無法直接控溫等設(shè)計問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，包括：

3、根據(jù)實際需要設(shè)計得到空間輕小型相機結(jié)構(gòu)；

4、根據(jù)所需加熱功率，在所述空間輕小型相機結(jié)構(gòu)內(nèi)部，共體設(shè)計加熱回路；

5、沿所述加熱回路，設(shè)計加熱回路與結(jié)構(gòu)之間的陶瓷絕緣層，得到相機結(jié)構(gòu)與熱控功能的共體結(jié)構(gòu)；

6、在3d打印設(shè)備上打印成型所述共體結(jié)構(gòu)，通過熔融或燒結(jié)保證同種或異種材料結(jié)構(gòu)間的有效結(jié)合。

7、所述加熱回路采用等截面設(shè)計，或根據(jù)控溫需求進行不等截面設(shè)計。

8、所述加熱回路的截面的形狀為圓形或矩形。

9、所述陶瓷絕緣層采用等厚設(shè)計，厚度的范圍為0<δ≤2mm。

10、所述陶瓷絕緣層的熱導(dǎo)率不小于10w/m·℃，電阻率不小于1013ω·m。

11、所述的陶瓷絕緣層的陶瓷材料，包括al2o3、beo、si3n4、aln、bn陶瓷。

12、采用逐層打印方式成型所述共體結(jié)構(gòu)，且每一層打印的優(yōu)先順序為相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路。

13、采用送料方式逐層打印所述共體結(jié)構(gòu)，通過多頭送料依次實現(xiàn)相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路的送料，同時分別采用定向能量沉積工藝打印相機結(jié)構(gòu)，材料擠出工藝打印陶瓷絕緣層，定向能量沉積工藝打印加熱回路。

14、采用鋪料方式逐層打印所述共體結(jié)構(gòu)，按照打印優(yōu)先順序依次進行相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路的鋪料，同時分別采用粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印相機結(jié)構(gòu)，粘結(jié)劑噴射工藝打印陶瓷絕緣層，粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印加熱回路。

15、每層的每一種材料打印完后，剩余該材料采用相應(yīng)吸嘴吸集回收或向該側(cè)吹集回收，然后再進行下一種材料的鋪料和打?。徊煌牧系幕厥?，采用不同的裝置進行回收，其中相機結(jié)構(gòu)的基體粉末和加熱回路的導(dǎo)體粉末采用側(cè)吹集回收，陶瓷絕緣層的絕緣粉末采用吸嘴吸集回收。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

17、1)采用陶瓷材料絕緣，使得金屬結(jié)構(gòu)和非金屬結(jié)構(gòu)都可以直接打印高熔點或低熔點導(dǎo)電材料。

18、2)采用陶瓷材料絕緣，提高了加熱回路的使用溫度范圍，因為陶瓷材料的燒結(jié)溫度至少在1000℃以上，遠高于目前加熱片表面的聚酰亞胺絕緣膜溫度；

19、3)僅采用陶瓷材料絕緣特性而無需開展陶瓷高溫燒結(jié)，并降低了陶瓷增材制造的難度。陶瓷材料增材制造成型后的零件，一般都需經(jīng)過高溫燒結(jié)處理，本發(fā)明只應(yīng)用陶瓷材料的絕緣特性，不利用其結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，因此不需要專門燒結(jié)；

20、4)相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計和成型，使得難以進行熱控實施的相機零件得以直接控溫，共體設(shè)計使加熱回路更加立體多元，使控溫更均勻；

21、5)同一加熱回路可共體設(shè)計多重備份回路，大大提高了控溫可靠性，加熱回路均勻分布于零件內(nèi)部直接控溫，相比傳統(tǒng)表貼加熱片方式，傳熱效率成數(shù)倍提高，可顯著降低熱控功耗；

22、6)加熱回路封裝打印在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，避免了相機表面復(fù)雜的走線布線，有利于相機系統(tǒng)整體的小型化和輕量化。

技術(shù)特征：

1.一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，所述加熱回路采用等截面設(shè)計，或根據(jù)控溫需求進行不等截面設(shè)計。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，所述加熱回路的截面的形狀為圓形或矩形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，所述陶瓷絕緣層采用等厚設(shè)計，厚度的范圍為0<δ≤2mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，所述陶瓷絕緣層的熱導(dǎo)率不小于10w/m·℃，電阻率不小于1013ω·m。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，所述的陶瓷絕緣層的陶瓷材料，包括al2o3、beo、si3n4、aln、bn陶瓷。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，采用逐層打印方式成型所述共體結(jié)構(gòu)，且每一層打印的優(yōu)先順序為相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，采用送料方式逐層打印所述共體結(jié)構(gòu)，通過多頭送料依次實現(xiàn)相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路的送料，同時分別采用定向能量沉積工藝打印相機結(jié)構(gòu)，材料擠出工藝打印陶瓷絕緣層，定向能量沉積工藝打印加熱回路。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，采用鋪料方式逐層打印所述共體結(jié)構(gòu)，按照打印優(yōu)先順序依次進行相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路的鋪料，同時分別采用粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印相機結(jié)構(gòu)，粘結(jié)劑噴射工藝打印陶瓷絕緣層，粉末床熔融或定向能量沉積工藝打印加熱回路。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，其特征在于，每層的每一種材料打印完后，剩余該材料采用相應(yīng)吸嘴吸集回收或向該側(cè)吹集回收，然后再進行下一種材料的鋪料和打?。徊煌牧系幕厥眨捎貌煌难b置進行回收，其中相機結(jié)構(gòu)的基體粉末和加熱回路的導(dǎo)體粉末采用側(cè)吹集回收，陶瓷絕緣層的絕緣粉末采用吸嘴吸集回收。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種空間輕小型相機結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計與成型方法，步驟包括：完成空間輕小型相機結(jié)構(gòu)設(shè)計后，根據(jù)熱控要求，沿結(jié)構(gòu)基體共體設(shè)計加熱回路及其陶瓷絕緣層，得到相機的結(jié)構(gòu)與熱控功能共體設(shè)計的模型。然后通過3D打印工藝將相機結(jié)構(gòu)、陶瓷絕緣層、加熱回路熔融或燒結(jié)在一起。該共體設(shè)計可以大大降低相機結(jié)構(gòu)溫度梯度，使控溫更均勻；顯著提高了傳熱效率，降低熱控功耗；還可以大大提高控溫可靠性。絕緣層采用高熱導(dǎo)率和高電阻率陶瓷材料，有效擴展了相機結(jié)構(gòu)材料的選用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：張青春,田建柱,馮星泰,林宏宇,侯作勛,李進,李松,王云彬,何東科,岳聰,薛衛(wèi)濤,趙亨,王震,牟研娜,劉明,朱忠堯,吳建福,秦鋒
受保護的技術(shù)使用者：北京空間機電研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6