2023年 第28卷 第9期
《工程（英文）》 >> 2023年 第28卷 第9期 doi: 10.1016/j.eng.2022.11.009
多功能结构设计与原位制造
a State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
b School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
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摘要
多功能结构（MFS）通过多种功能融合以实现优异的综合性能，然而传统的多功能结构设计和制造方法通 常缺乏质量控制，并且单一结构内集成不同材料和器件时需使用复杂装备和多种工艺，无法满足新兴产 业如航天工程对多功能结构的应用要求。采用“为了制造而设计”的思想，本研究利用基于分层调控原理 的优化设计模型，设计出了同时包含机械承载、电气、导热和辐射屏蔽多种功能的典型结构；并且开发了 一种高温原位增材制造（AM）技术，可打印各种金属丝和碳纤维增强的高熔点聚醚醚酮（PEEK）复合材 料。研究结果表明，所设计的多功能结构相比同尺寸聚醚醚酮树脂基板具有更低质量，而且刚度提升了 21.5%；集成的电学器件在多功能结构超出弹性变形阶段后仍然正常工作；与聚醚醚酮基板相比，多功能 结构中心热源区域下方的等效导热率提高了568.0%，辐射屏蔽性能增强了27.9%；最终，以多功能结构为 基础，研制了模块化拼装的卫星模型。本研究不仅为高性能设计和先进制造提供了一套系统方法，并为 高端装备的功能拓展和性能提升提供了重要的应用前景。
补充材料
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