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3D打印制造來制造鉬部件。他們的研究結果最近發(fā)表在“3D打印鉬在離子推進器的網(wǎng)格和保持電極”中。

      離子推進器的主要部件是離子光學和保持器，光學在發(fā)動機的幾何結構中起著主要作用。然而，它們的侵蝕限制了離子推進器的壽命。保持器的作用是保護空心陰極不受離子轟擊，使陰極放電打開，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，用于離子光學和保持器的制造。

在SLM機器的制造室中，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齊時打印過程開始。

      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，因為它的可承受性和工業(yè)界對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合材料也用于安裝在重要推進器的離子光學器件上。

      為了簡化離子光學的制造，北京理工大學進行了一項研究，其核心是電子推進器零件的3D打印鉬。目前已經(jīng)生產(chǎn)了幾個健康的電極組。研究人員為該項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，同時也由于所提供的精度水平，特別是在航空航天應用方面。

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

比特公司的一個研究項目創(chuàng)造了幾個3D打印的離子光學器件，以進一步檢查額外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

      圖案填充間距

      層厚

      鉬元素是通過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網(wǎng)格，并對輸出進行了研究，以驗證SLM設備能夠產(chǎn)生所需厚度的光學器件并正確定位孔徑陣列。研究人員對這些網(wǎng)格進行了檢查，發(fā)現(xiàn)它們滿足了設計要求。

  掃描系統(tǒng)的偏差對搭板。由于激光提供的能量過大，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“迄今為止還沒有出現(xiàn)任何挑戰(zhàn)”，但保管器的3D打印仍處于開發(fā)階段。研究人員稱，由于光學元件和保管器都不是“特別需要的元件”，因此無需SLM鉬提供e與固體金屬相同的機械性能。

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

      隨著像NASA這樣的機構開發(fā)新的材料和工藝、新的發(fā)動機合金，甚至機器人技術，航空航天應用中的3D打印越來越普遍。