北京理工聯手華曙高科成功點火3D打印柵極離子推進器

2017年12月4日晚，由工業級3D打印領航企業華曙高科與北京理工大學宇航學院噴氣推進實驗室合作研發的3D打印柵極離子推進器(Ion Thruster)源點火測試成功!此次測試推力源器宏觀參數穩定，束流分布均勻，驗證了3D打印離子推力器核心部件的可行性，首次實現了3D打印柵極應用于離子推進器源并成功點火和穩定工作，堪稱國內3D打印交叉電推進領域的重大里程碑事件，也標志著華曙高科3D打印技術在航空航天領域的應用邁上了一個新高度。

▲ 3D打印鈦合金離子推進器柵極(單層)

▲ 全球首例3D打印柵極離子推進器源點火測試成功

離子推進系統在空間飛行時，一般都采用連續推進方式，一次工作幾百上千小時。為了縮短到探測目標的飛行時間和節省推進劑，大多采用離子推進系統推進與其它行星引力輔助作用相結合的軌道轉移方式。大功率電推進可應用于通信衛星、深空探測任務、在軌服務飛行器等，小功率電推進可用于商業小衛星變軌、衛星星座編隊飛行等，具有重要的社會經濟效益。

離子推力器的主要突出優點為：高效率、高比沖、長壽命。每個離子推進器一般有兩到三層柵極，其主要作用是加速帶電粒子，使推進器獲得動能，但傳統離子推進器的柵極通過光催化腐蝕法加工，存在工藝流程復雜，加工周期長、材料利用率低、環境污染大等問題。

2016年5月，北京理工大學宇航學院噴氣推進實驗室與華曙高科合作，采用全球首款開源可定制金屬3D打印設備FS271M，經過工藝摸索和多次試制，成功打印了工業級高精度鈦合金離子推進器篩網，將加工時間從傳統腐蝕法的20小時縮短至2小時，其結構設計可控性強，材料利用率高，也更加環保。

通過測試3D打印Ti64篩網局部微觀結構可發現，無論是篩網邊緣還是網孔連接處，組織都非常致密、均勻，打印精度符合設計精度要求，這為離子推進器發動機源的成功點火和穩定工作提供了保證。

▲ 3D打印Ti64篩網局部微觀結構照片

未來北京理工大學宇航學院噴氣推進實驗室與華曙將進一步深度合作，瞄準航天產品應用要求，進一步提高3D打印離子發動機性能，最終實現3D打印離子發動機的空間應用。