Forscher aus China vom Beijing Institute of Technology möchten die Qualifizierungsmöglichkeiten der Ionenoptik verbessern. Dabei spielt auch der 3D-Druck eine wichtige Rolle. Die bisherigen Ergebnisse wurden jetzt in einem Forschungspapier veröffentlicht. Eine Zusammenfassung.

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Forscher aus Peking arbeiten laut einem Artikel auf 3dprint.com an besseren Qualifizierungsmöglichkeiten für Ionenoptik. Sie möchten außerdem Molybdänkomponenten additiv herstellen. Ihre bisherigen Ergebnisse haben sie in der Arbeit „3D Printed molybdenum for grids and keeper electrodes in ion thruster“ veröffentlicht.

Ionenantriebe

Ionenantriebe bestehen aus Ionenoptik und dem Halter. Die Optik hat eine tragende Rolle in der Geometrie des Motors. Ihre Erosion beschränkt die Lebensdauer des Ionenantriebs. Die Hohlkathode wird durch den Halter vor Ionenbeschuss geschützt. Dadurch schaltet sich die Kathodenentladung ein. Das Metall wird für die Ionenoptik und die Herstellung von Schutzvorrichtungen verwendet.

Das erschwingliche Graphit ist dank des hohen Verständnisses der Industrie für die Herstellungsmethoden die übliche Option unter den kohlenstoffbasierten Materialien. Deren CTE (Wärmeausdehnungskoeffizient) liegt nahezu bei Null. Die Ausbeute der Kathodenzerstäubung ist niedriger als bei Molybdän.

Ansicht innerhalb einer Maschine für Selektives Laserschmelzen
Forscher aus Peking arbeiten an besseren Qualifizierungsmöglichkeiten für Ionenoptik (Bild © Researchgate / Beijing Institute of Technology).

Rationalisierung von Ionenoptiken

Um die Herstellung von Ionenoptiken zu rationalisieren, arbeitete das Beijing Institute of Technology an einer Studie zum 3D-Druck von Molybdän für elektrische Triebwerksteile. Die erfolgreiche Studie führte bereits zu mehreren gelungenen Elektrodensätzen. Verwendet wurde dabei das selektive Laserschmelzen wegen der Fähigkeiten im Metalldruck und der gebotenen Genauigkeit.

Im Laufe des Forschungsprojekts am BIT wurden mehrere 3D-Ionenoptiken entwickelt, die zuvor in Titan gedruckt wurden. So sollte das Konzept der additiv hergestellten Ionenoptik weiter untersucht werden. Die Energiedichte in Bezug auf Laserleistung, Laser-Scangeschwindigkeit, Schraffurabstand und Schichtdicke hat man in weiteren Untersuchungen gemessen.

Raster und Beschleunigergitter
Sie fertigten mehrere Sätze von Raster- und Beschleunigungsgittern mit verschiedenen Herstellungsprozessen (Bild © Researchgate / Beijing Institute of Technology).

3D-Druck von Molybdänkomponenten

Die Forscher nutzten selektives Laserschmelzen, um Molybdänkomponenten zu drucken, und setzten die Forschung fort, nachdem sie entschieden hatten, die Materialien für die Ionenoptik für die Montage an Ionenquellen zu verwenden. Sie fertigten mehrere Sätze von Raster- und Beschleunigungsgittern mit verschiedenen Herstellungsprozessen. Danach prüften sie, ob die Ausrüstung in der Lage wäre, Optiken mit der gewünschten Dicke herzustellen und die Aperturanordnung korrekt zu positionieren. Laut den Autoren wurden die Designanforderungen erfüllt.

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