北京理工大學(xué)3D打印鉬離子推進(jìn)器組件

來源：3D打印商情

北京的研究人員正在探索更好的方法來鑒定離子光學(xué),，通過增材制造鉬組件,。他們的成果最近發(fā)表在論文《3D打印鉬在離子推進(jìn)器柵格和保護(hù)電極中的應(yīng)用》中,。

離子推進(jìn)器的主要部件是離子光學(xué)和保護(hù)器,，光學(xué)在發(fā)動機(jī)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(jìn)器的壽命,。保護(hù)器的目的是保護(hù)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于制造必要的電極,。鉬是一種常用于離子光學(xué)和守恒制造的金屬材料。

在SLM設(shè)備的建造室內(nèi),，裝配活塞(左)和粉末輸送活塞(右),，其中金屬粉末已經(jīng)撒在上面。打印過程開始時,，所有的粉末是需要加載在粉末輸送活塞,，其表面扁平和對齊的建設(shè)板上的制造活塞。

研究人員表示：在熱膨脹系數(shù)(CTE)接近零,，濺射產(chǎn)率低于鉬的碳基材料中,，石墨由于其價格低廉和對其制造方法的高度了解而成為常規(guī)選擇，盡管熱解石墨和碳-碳復(fù)合材料也曾多次被用于安裝在重要推進(jìn)器上的離子光學(xué)系統(tǒng),。

為了簡化離子光學(xué)系統(tǒng)的制造,，北京理工大學(xué)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，主要圍繞電動推進(jìn)器零件的3D打印鉬,。它是成功的,，仍處在開發(fā)階段，到目前為止,，已經(jīng)生產(chǎn)了幾種健康的電極組,。研究人員為該項(xiàng)目選擇了選擇性激光熔煉化（SLM)，主要是因?yàn)樗�在金屬打印方面的能力，�?dāng)然,，也因?yàn)樗�所能提供的精度水��,，特別是在航空航天方面。常用的金屬材料是鈦,、鋁和不銹鋼,。

北京理工大學(xué)的研究項(xiàng)目創(chuàng)造了幾個以前在鈦中使用的3D打印離子光學(xué)元件，以進(jìn)一步研究增材制造的離子光學(xué)概念,。另一項(xiàng)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打印的，隨著研究的進(jìn)行,，他們決定使用離子光學(xué)材料安裝在實(shí)驗(yàn)室的離子源上進(jìn)行測試,。

“在不同的制造工藝上打印了幾組屏幕和加速器柵格，并對輸出進(jìn)行了研究,，以驗(yàn)證SLM設(shè)備能夠產(chǎn)生所需厚度的光學(xué)器件并正確地定位孔徑陣列,。對網(wǎng)格進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)它們符合設(shè)計(jì)要求,�,！弊髡哒f。

雖然研究人員說,，到目前為止,，還沒有出現(xiàn)任何挑戰(zhàn)，但SLM的3D打印仍處于開發(fā)階段,。研究人員稱,，由于光學(xué)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(xué)性能,。

在SLM制作過程結(jié)束時,，除了幾個立方樣品外，還有四組屏幕和加速器網(wǎng)格,。制造完成后,，零件被未燒結(jié)的粉末包圍，這些粉末將被移除并用于下一工序,。

“結(jié)果表明,，當(dāng)制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(xué)性能和熱性能都接近固體金屬,，從而產(chǎn)生耐火材料,，即約為300 Jmm-3。這一事實(shí)與產(chǎn)出的孔隙度有關(guān),，而孔隙度隨著能量密度的增加而減小,。”研究人員總結(jié)道。選擇性激光熔化材料的濺射腐蝕行為尚未得到評估,，但在增材制造的部件能夠滿足實(shí)際電力推進(jìn)的應(yīng)用之前,，必須對其進(jìn)行研究。

掃描系統(tǒng)偏置在構(gòu)建板下部區(qū)域的影響,。 由于激光器提供的過多能量,，分配在板下部的柵格呈現(xiàn)燃燒區(qū)域。