北京理工大學3D打印鉬離子推進器組件

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，通過增材制造鉬組件。他們的成果最近發(fā)表在論文《3D打印鉬在離子推進器柵格和保護電極中的應用》中。

離子推進器的主要部件是離子光學和保護器，光學在發(fā)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于制造必要的電極。鉬是一種常用于離子光學和守恒制造的金屬材料。

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。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-碳復合材料也曾多次被用于安裝在重要推進器上的離子光學系統(tǒng)。

為了簡化離子光學系統(tǒng)的制造，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打印鉬。它是成功的，仍處在開發(fā)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打印方面的能力，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、鋁和不銹鋼。

北京理工大學的研究項目創(chuàng)造了幾個以前在鈦中使用的3D打印離子光學元件，以進一步研究增材制造的離子光學概念。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打印的，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。

“在不同的制造工藝上打印了幾組屏幕和加速器柵格，并對輸出進行了研究，以驗證SLM設備能夠產生所需厚度的光學器件并正確地定位孔徑陣列。對網格進行了檢查，發(fā)現(xiàn)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(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制作過程結束時，除了幾個立方樣品外，還有四組屏幕和加速器網格。制造完成后，零件被未燒結的粉末包圍，這些粉末將被移除并用于下一工序。

“結果表明，當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，但在增材制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(tǒng)偏置在構建板下部區(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。