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北京理工大學3D打印鉬離子推進器組件

http://www.b2b.hc360.com 中國金屬加工網 信息來源:Author發布時間:2019年07月19日瀏覽:361

  北京的研究人員正在探索更好的方法來鑒定離子光學,通過增材制造鉬組件。他們的成果最近發表在論文《3D打印鉬在離子推進器柵格和保護電極中的應用》中。

  離子推進器的主要部件是離子光學和保護器,光學在發動機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器的壽命。保護器的目的是保護空心陰極免受“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和守恒制造的金屬材料。

  在SLM設備的建造室內,裝配活塞(左)和粉末輸送活塞(右),其中金屬粉末已經撒在上面。打印過程開始時,所有的粉末是需要加載在粉末輸送活塞,其表面扁平和對齊的建設板上的制造活塞。

  研究人員表示:在熱膨脹系數(CTE)接近零,濺射產率低于鉬的碳基材料中,石墨由于其價格低廉和對其制造方法的高度了解而成為常規選擇,盡管熱解石墨和碳-碳復合材料也曾多次被用于安裝在重要推進器上的離子光學系統。

  為了簡化離子光學系統的制造,北京理工大學進行了一項研究,主要圍繞電動推進器零件的3D打印鉬。它是成功的,仍處在開發階段,到目前為止,已經生產了幾種健康的電極組。研究人員為該項目選擇了選擇性激光熔煉化(SLM),主要是因為它在金屬打印方面的能力,當然,也因為它所能提供的精度水平,特別是在航空航天方面。常用的金屬材料是鈦、鋁和不銹鋼。

  北京理工大學的研究項目創造了幾個以前在鈦中使用的3D打印離子光學元件,以進一步研究增材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

  ·艙口間距

  ·層厚

  鉬組件是通過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柵格,并對輸出進行了研究,以驗證SLM設備能夠產生所需厚度的光學器件并正確地定位孔徑陣列。對網格進行了檢查,發現它們符合設計要求。”作者說。

  雖然研究人員說,到目前為止,還沒有出現任何挑戰,但SLM的3D打印仍處于開發階段。研究人員稱,由于光學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性能。

  在SLM制作過程結束時,除了幾個立方樣品外,還有四組屏幕和加速器網格。制造完成后,零件被未燒結的粉末包圍,這些粉末將被移除并用于下一工序。

  “結果表明,當制備過程中施加的能量密度接近最大能量密度時,SLM鉬的力學性能和熱性能都接近固體金屬,從而產生耐火材料,即約為300 Jmm-3。這一事實與產出的孔隙度有關,而孔隙度隨著能量密度的增加而減小。”研究人員總結道。選擇性激光熔化材料的濺射腐蝕行為尚未得到評估,但在增材制造的部件能夠滿足實際電力推進的應用之前,必須對其進行研究。

  掃描系統偏置在構建板下部區域的影響。由于激光器提供的過多能量,分配在板下部的柵格呈現燃燒區域。


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