Pechino: componenti di propulsore di ioni di molibdeno stampa 3D
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Le parti principali dei propulsori ionici sono ottiche ioniche e il custode, con l’ottica che gioca un ruolo fondamentale nella geometria del motore. La loro erosione, tuttavia, è ciò che limita la longevità dei propulsori ionici. Il custode ha lo scopo di proteggere il catodo cavo da “bombardamento di ioni”, provocando l’accensione dello scarico del catodo, con il metallo e i materiali di carbonio normalmente utilizzati per creare gli elettrodi necessari. Il molibdeno è un materiale metallico comune utilizzato per l’ottica ionica e la produzione di detentori.
“Tra i materiali a base di carbonio, il cui CTE (Coefficiente di Espansione Termica) è quasi pari a zero e la cui produzione di polverizzazione è inferiore a quella del molibdeno, la grafite è l’opzione convenzionale a causa della sua convenienza e dell’elevata conoscenza del settore circa i suoi metodi di fabbricazione, sebbene la grafite pirolitica e il composito carbonio-carbonio siano stati utilizzati anche in diverse occasioni per le ottiche ioniche installate su propulsori significativi, “affermano i ricercatori.
Per semplificare la produzione dell’ottica ionica, l’ Istituto di tecnologia di Pechino ha realizzato uno studio incentrato sulla stampa 3D di molibdeno per le parti dei propulsori elettrici. Ha avuto successo ed è ancora in sviluppo, avendo prodotto diversi set di elettrodi sani finora. I ricercatori hanno scelto il laser-melting selettivo (SLM) per il progetto, principalmente grazie alle sue capacità nella stampa di metalli, ma anche per il livello di accuratezza offerto, e in particolare per le applicazioni aerospaziali. I metalli comuni utilizzati sono il titanio, l’alluminio e l’acciaio inossidabile.
Un progetto di ricerca presso BIT ha creato diverse ottiche ioniche stampate in 3D precedentemente in titanio, per esaminare ulteriormente il concetto di ottica ionica prodotta in modo additivo. Un altro studio ha misurato la densità energetica, per quanto riguarda:
Potenza del laser
Velocità di scansione laser
Spaziatura di tratteggio
Spessore dello strato
I componenti di molibdeno sono stati stampati tramite SLM, con la ricerca continua mentre hanno deciso di utilizzare i materiali per ottica ionica per il montaggio su sorgenti ioniche in laboratorio, da testare.
“Diverse serie di retini e griglie di accelerazione sono state stampate su diversi processi di fabbricazione e le uscite sono state studiate per verificare che l’apparecchiatura SLM fosse in grado di produrre ottiche dello spessore desiderato e posizionare correttamente la matrice di aperture. Le griglie sono state esaminate e si è constatato che hanno soddisfatto i requisiti di progettazione “, hanno dichiarato gli autori.
La stampa 3D dei custodi è ancora in fase di sviluppo, anche se i ricercatori affermano che “nessuna sfida è apparsa finora”. I ricercatori affermano che poiché né l’ottica né il custode sono “componenti particolarmente richiesti”, non è necessario che il molibdeno SLM offra le stesse proprietà meccaniche che si aspetterebbero dal metallo solido.
“È stato dimostrato che le proprietà meccaniche e termiche del molibdeno SLM si avvicinano a quelle del metallo solido quando le densità di energia applicate durante il processo di fabbricazione si avvicinano alla densità di energia massima per produrre il materiale refrattario, cioè per valori di circa 300Jmm-3 . Questo fatto è legato alla porosità dell’output, che si riduce con l’aumentare della densità energetica “, hanno concluso i ricercatori. “Il comportamento di erosione sputtering di materiali selettivamente laser-fusi non è stato ancora valutato, ma dovrebbe essere studiato prima che i componenti prodotti in modo additivo possano essere qualificati per applicazioni di propulsione elettrica reale.”
