北京理工大學3D列印鉬離子推進器組件

北京的研究人員正在探索更好的方法來鑒定離子光學，通過增材製造鉬組件。他們的成果最近發表在論文《3D列印鉬在離子推進器柵格和保護電極中的應用》中。

離子推進器

離子推進器的主要部件是離子光學和保護器，光學在發動機的幾何形狀中起著重要的作用。然而，它們的侵蝕限制了離子推進器的壽命。保護器的目的是保護空心陰極免受「離子轟擊」，使陰極放電開啟，金屬和碳材料通常用於製造必要的電極。鉬是一種常用於離子光學和守恆製造的金屬材料。

在SLM設備的建造室內，裝配活塞(左)和粉末輸送活塞(右)，其中金屬粉末已經撒在上面。列印過程開始時，所有的粉末是需要載入在粉末輸送活塞，其表面扁平和對齊的建設板上的製造活塞。

研究人員表示

在熱膨脹係數(CTE)接近零，濺射產率低於鉬的碳基材料中，石墨由於其價格低廉和對其製造方法的高度了解而成為常規選擇，儘管熱解石墨和碳-碳複合材料也曾多次被用於安裝在重要推進器上的離子光學系統。

為了簡化離子光學系統的製造，北京理工大學進行了一項研究，主要圍繞電動推進器零件的3D列印鉬。它是成功的，仍處在開發階段，到目前為止，已經生產了幾種健康的電極組。研究人員為該項目選擇了選擇性激光熔煉化（SLM)，主要是因為它在金屬列印方面的能力，當然，也因為它所能提供的精度水平，特別是在航空航天方面。常用的金屬材料是鈦、鋁和不鏽鋼。

北京理工大學的研究項目創造了幾個以前在鈦中使用的3D列印離子光學元件，以進一步研究增材製造的離子光學概念。另一項研究測量了能量密度，涉及：

·激光功率

·激光掃描速度

·艙口間距

·層厚

鉬組件是通過SLM列印的，隨著研究的進行，他們決定使用離子光學材料安裝在實驗室的離子源上進行測試。

「在不同的製造工藝上列印了幾組屏幕和加速器柵格，並對輸出進行了研究，以驗證SLM設備能夠產生所需厚度的光學器件並正確地定位孔徑陣列。對網格進行了檢查，發現它們符合設計要求。」作者說。

雖然研究人員說，到目前為止，還沒有出現任何挑戰，但SLM的3D列印仍處於開發階段。研究人員稱，由於光學元件和保持器都不是「特別需要的部件」，所以SLM鉬沒有必要提供與固體金屬相同的力學性能。

在SLM製作過程結束時，除了幾個立方樣品外，還有四組屏幕和加速器網格。製造完成後，零件被未燒結的粉末包圍，這些粉末將被移除並用於下一工序。

「結果表明，當製備過程中施加的能量密度接近最大能量密度時，SLM鉬的力學性能和熱性能都接近固體金屬，從而產生耐火材料，即約為300 Jmm-3。這一事實與產出的孔隙度有關，而孔隙度隨著能量密度的增加而減小。」研究人員總結道。選擇性激光熔化材料的濺射腐蝕行為尚未得到評估，但在增材製造的部件能夠滿足實際電力推進的應用之前，必須對其進行研究。

掃描系統偏置在構建板下部區域的影響。由於激光器提供的過多能量，分配在板下部的柵格呈現燃燒區域。

來源：3D列印商情

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