北京的研究人員正在探索更好的方法來(lái)鑒定離子光學(xué)，通過(guò)3D打印制造來(lái)制造鉬部件。他們的研究結(jié)果最近發(fā)表在“3D打印鉬在離子推進(jìn)器的網(wǎng)格和保持電極”中。

      離子推進(jìn)器的主要部件是離子光學(xué)和保持器，光學(xué)在發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)中起著主要作用。然而，它們的侵蝕限制了離子推進(jìn)器的壽命。保持器的作用是保護(hù)空心陰極不受離子轟擊，使陰極放電打開(kāi)，金屬和碳材料通常用于制造必要的電極。鉬是一種常用的金屬材料，用于離子光學(xué)和保持器的制造。

在SLM機(jī)器的制造室中，制造活塞（左）與制造板相連，粉末輸送活塞（右）與金屬粉末分布在其上。當(dāng)所有需要的粉末都裝到粉末輸送活塞上，其表面平整并與制造活塞上的制造板對(duì)齊時(shí)打印過(guò)程開(kāi)始。

      在碳基材料（熱膨脹系數(shù)）CTE接近于零，濺射率低于鉬的材料中，石墨是傳統(tǒng)的選擇，因?yàn)樗目沙惺苄院凸I(yè)界對(duì)其制造方法的高度了解，盡管研究人員表示，高溫分解石墨和碳復(fù)合材料也用于安裝在重要推進(jìn)器的離子光學(xué)器件上。

      為了簡(jiǎn)化離子光學(xué)的制造，北京理工大學(xué)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，其核心是電子推進(jìn)器零件的3D打印鉬。目前已經(jīng)生產(chǎn)了幾個(gè)健康的電極組。研究人員為該項(xiàng)目選擇了選擇性激光熔化（SLM），主要是由于其在金屬打印方面的能力，同時(shí)也由于所提供的精度水平，特別是在航空航天應(yīng)用方面。

在SLM制造過(guò)程結(jié)束時(shí)，四組屏幕和加速器網(wǎng)格以及幾個(gè)立方體樣品。在制造完成后，部件被未燒結(jié)的粉末包圍，這些粉末將被移除并用于下一道工序。

比特公司的一個(gè)研究項(xiàng)目創(chuàng)造了幾個(gè)3D打印的離子光學(xué)器件，以進(jìn)一步檢查額外制造的離子光學(xué)概念。另一項(xiàng)研究測(cè)量了能量密度，涉及：

      激光功率

      激光掃描速度

      圖案填充間距

      層厚

      鉬元素是通過(guò)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(cè)試。

      “在不同的制造工藝上打印了幾組屏幕和加速器網(wǎng)格，并對(duì)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)器件并正確定位孔徑陣列。研究人員對(duì)這些網(wǎng)格進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)它們滿足了設(shè)計(jì)要求。

  掃描系統(tǒng)的偏差對(duì)搭板。由于激光提供的能量過(guò)大，分布在板下部的網(wǎng)格呈現(xiàn)出燃燒區(qū)域。

      盡管研究人員稱“迄今為止還沒(méi)有出現(xiàn)任何挑戰(zhàn)”，但保管器的3D打印仍處于開(kāi)發(fā)階段。研究人員稱，由于光學(xué)元件和保管器都不是“特別需要的元件”，因此無(wú)需SLM鉬提供e與固體金屬相同的機(jī)械性能。

      “研究表明，當(dāng)制備過(guò)程中施加的能量密度接近最大能量密度時(shí)，SLM鉬的機(jī)械和熱性能都接近固體金屬的機(jī)械和熱性能，從而生產(chǎn)出耐火材料，即價(jià)值約為300jmm-3。這一事實(shí)與輸出的多孔性有關(guān)，多孔性隨著能量密度的增加而降低，”研究人員總結(jié)說(shuō)。選擇性激光熔化材料的濺射燒蝕行為尚未得到評(píng)估，但在附加制造的部件能夠滿足真正的電力推進(jìn)應(yīng)用之前，必須對(duì)其進(jìn)行研究。

      隨著像NASA這樣的機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)新的材料和工藝、新的發(fā)動(dòng)機(jī)合金，甚至機(jī)器人技術(shù)，航空航天應(yīng)用中的3D打印越來(lái)越普遍。