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(dòng)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(shí)，所有的粉末是需要加載在粉末輸送活塞，其表面扁平和對(duì)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(jià)格低廉和對(duì)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(jiǎn)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(dòng)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诮饘俅蛴》矫娴哪芰?，?dāng)然，也因?yàn)樗芴峁┑木人?，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(gè)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(cè)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(cè)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(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)器件并正確地定位孔徑陣列。對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)它們符合設(shè)計(jì)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(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(shí)，除了幾個(gè)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(shí)，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(píng)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(duì)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。