北京理工大学3D打印钼离子推进器组件

来源：3D打印商情

北京的研究人员正在探索更好的方法来鉴定离子光学，通过增材制造钼组件。他们的成果最近发表在论文《3D打印钼在离子推进器栅格和保护电极中的应用》中。

离子推进器的主要部件是离子光学和保护器，光学在发动机的几何形状中起着重要的作用。然而，它们的侵蚀限制了离子推进器的寿命。保护器的目的是保护空心阴极免受“离子轰击”，使阴极放电开启，金属和碳材料通常用于制造必要的电极。钼是一种常用于离子光学和守恒制造的金属材料。

在SLM设备的建造室内，装配活塞(左)和粉末输送活塞(右)，其中金属粉末已经撒在上面。打印过程开始时，所有的粉末是需要加载在粉末输送活塞，其表面扁平和对齐的建设板上的制造活塞。

研究人员表示：在热膨胀系数(CTE)接近零，溅射产率低于钼的碳基材料中，石墨由于其价格低廉和对其制造方法的高度了解而成为常规选择，尽管热解石墨和碳-碳复合材料也曾多次被用于安装在重要推进器上的离子光学系统。

为了简化离子光学系统的制造，北京理工大学进行了一项研究，主要围绕电动推进器零件的3D打印钼。它是成功的，仍处在开发阶段，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选择性激光熔炼化（SLM)，主要是因为它在金属打印方面的能力，当然，也因为它所能提供的精度水平，特别是在航空航天方面。常用的金属材料是钛、铝和不锈钢。

北京理工大学的研究项目创造了几个以前在钛中使用的3D打印离子光学元件，以进一步研究增材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
·舱口间距
·层厚

钼组件是通过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栅格，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地定位孔径阵列。对网格进行了检查，发现它们符合设计要求。”作者说。

虽然研究人员说，到目前为止，还没有出现任何挑战，但SLM的3D打印仍处于开发阶段。研究人员称，由于光学元件和保持器都不是“特别需要的部件”，所以SLM钼没有必要提供与固体金属相同的力学性能。

在SLM制作过程结束时，除了几个立方样品外，还有四组屏幕和加速器网格。制造完成后，零件被未烧结的粉末包围，这些粉末将被移除并用于下一工序。

“结果表明，当制备过程中施加的能量密度接近最大能量密度时，SLM钼的力学性能和热性能都接近固体金属，从而产生耐火材料，即约为300 Jmm-3。这一事实与产出的孔隙度有关，而孔隙度随着能量密度的增加而减小。”研究人员总结道。选择性激光熔化材料的溅射腐蚀行为尚未得到评估，但在增材制造的部件能够满足实际电力推进的应用之前，必须对其进行研究。

扫描系统偏置在构建板下部区域的影响。 由于激光器提供的过多能量，分配在板下部的栅格呈现燃烧区域。