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创想三维:3D打印机制造钼离子推进器组件

北京的研究人员正在探索更好的方法来鉴定离子光学,通过3D打印制造来制造钼部件。他们的研究结果最近发表在“3D打印钼在离子推进器的网格和保持电极”中。

离子推进器的主要部件是离子光学和保持器,光学在发动机的几何结构中起着主要作用。然而,它们的侵蚀限制了离子推进器的寿命。保持器的作用是保护空心阴极不受离子轰击,使阴极放电打开,金属和碳材料通常用于制造必要的电极。钼是一种常用的金属材料,用于离子光学和保持器的制造。

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在SLM机器的制造室中,制造活塞(左)与制造板相连,粉末输送活塞(右)与金属粉末分布在其上。当所有需要的粉末都装到粉末输送活塞上,其表面平整并与制造活塞上的制造板对齐时打印过程开始。

在碳基材料(热膨胀系数)CTE接近于零,溅射率低于钼的材料中,石墨是传统的选择,因为它的可承受性和工业界对其制造方法的高度了解,尽管研究人员表示,高温分解石墨和碳复合材料也用于安装在重要推进器的离子光学器件上。

为了简化离子光学的制造,北京理工大学进行了一项研究,其核心是电子推进器零件的3D打印钼。目前已经生产了几个健康的电极组。研究人员为该项目选择了选择性激光熔化(SLM),主要是由于其在金属打印方面的能力,同时也由于所提供的精度水平,特别是在航空航天应用方面。

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在SLM制造过程结束时,四组屏幕和加速器网格以及几个立方体样品。在制造完成后,部件被未烧结的粉末包围,这些粉末将被移除并用于下一道工序。

比特公司的一个研究项目创造了几个3D打印的离子光学器件,以进一步检查额外制造的离子光学概念。另一项研究测量了能量密度,涉及:

激光功率

激光扫描速度

图案填充间距

层厚

钼元素是通过SLM打印的,随着研究的进行,他们决定使用离子光学材料安装在实验室的离子源上进行测试。

“在不同的制造工艺上打印了几组屏幕和加速器网格,并对输出进行了研究,以验证SLM设备能够产生所需厚度的光学器件并正确定位孔径阵列。研究人员对这些网格进行了检查,发现它们满足了设计要求。

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扫描系统的偏差对搭板。由于激光提供的能量过大,分布在板下部的网格呈现出燃烧区域。

尽管研究人员称“迄今为止还没有出现任何挑战”,但保管器的3D打印仍处于开发阶段。研究人员称,由于光学元件和保管器都不是“特别需要的元件”,因此无需SLM钼提供e与固体金属相同的机械性能。

“研究表明,当制备过程中施加的能量密度接近最大能量密度时,SLM钼的机械和热性能都接近固体金属的机械和热性能,从而生产出耐火材料,即价值约为300jmm-3。这一事实与输出的多孔性有关,多孔性随着能量密度的增加而降低,”研究人员总结说。选择性激光熔化材料的溅射烧蚀行为尚未得到评估,但在附加制造的部件能够满足真正的电力推进应用之前,必须对其进行研究。

随着像NASA这样的机构开发新的材料和工艺、新的发动机合金,甚至机器人技术,航空航天应用中的3D打印越来越普遍。

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