创想三维:3D打印机制造钼离子推进器组件

  • 日期:08-15
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北京的研究人员正在探索更好的方法来识别离子光学,并通过3D打印制造钼部件。他们的研究结果最近发表在“3D网格中的钼印刷和离子螺旋桨的电极保持”中。

离子推进器的主要部件是离子光学器件和支架,它们在发动机的几何形状中起主要作用。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免受离子轰击,使阴极放电,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,用于制造离子光学元件和支架。

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在SLM机的制造室中,制造活塞(左)连接到制造板,粉末输送活塞(右)和金属粉末分布在其上。当所有所需的粉末加载到粉末输送活塞上时,打印过程开始,表面平坦并与制造活塞上的制造板对齐。

在碳基材料(热膨胀系数)CTE接近零并且溅射速率低于钼的材料中,石墨是传统的选择,因为它的可负担性和对其制造方法的高度了解。虽然研究人员热解石墨和碳复合材料也用于安装在重要推进器上的离子光学系统。

为了简化离子光学的制造,北京理工大学进行了一项研究,其核心是用于电子推进器零件的3D打印钼。到目前为止已经生产了几种健康的电极组。研究人员为该项目选择了激光熔化(SLM),主要是因为它具有金属印刷能力,同时也因为其提供的精度水平,特别是在航空航天应用中。

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在SLM制造过程结束时,有四组屏幕和加速器网格以及几个立方体样本。制造完成后,部件被未烧结的粉末包围,将其除去并用于下一工序。

比特的一项研究项目创造了几种3D打印离子光学系统,以进一步研究额外制造的离子光学概念。另一项研究测量了能量密度并涉及:

激光功率

激光扫描速度

图案填充间距

层厚

通过SLM印刷钼,随着研究的进展,他们决定使用离子光学器件将离子源安装在实验室进行测试。

“在不同的制造工艺上印刷了几组屏幕和加速器网格,并且研究了输出以验证SLM设备能够产生所需的光学器件厚度并正确定位孔径阵列。研究人员对这些网格进行了研究。检查并发现它们符合设计要求。

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扫描系统的偏差与电路板有关。由于激光器提供的过多能量,分布在板下部的栅格呈现燃烧区。

尽管研究人员表示“到目前为止还没有任何挑战”,但是管理员的3D打印仍在开发中。研究人员表示,由于光学元件和吊舱不是“特别需要的元件”,因此SLM钼不需要提供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钼的机械和热性能接近固体金属的机械和热性能,产生耐火材料,即一个值研究人员得出结论:输出的孔隙率随着能量密度的增加而降低,一个事实与输出的孔隙率有关。选择性激光熔化材料的溅射烧蚀行为尚未得到评估,但必须先研究额外的制造部件可用于真正的电力推进应用。

随着NASA等机构开发新材料和工艺,新发动机合金甚至机器人技术,航空航天应用中的3D打印正变得越来越普遍。