打破长时间独占！我国首台，有望“飞天”

电机轴高速旋转，飞天送丝盘稳步传动，打破真空室内丝材快速熔化、间独堆积成形……中国航空制作技能研讨院高能束流发生器实验室内，占国一台两米见方的首台3D打印机正在制作一件精细钛合金结构件。

“这是有望我国初次在模仿微重力环境下，运用冷阴极电子枪完成‘太空级’3D打印。飞天”日前，打破中国航空制作技能研讨院研讨员、间独冷阴极电子枪研制团队担任人许海鹰告知记者，占国“该设备有望成为我国‘太空制作’中的首台加工利器。”。有望

“太空级”3D打印原理样机内部结构。飞天

此前，打破该技能长时间被国外独占。间独磨剑近十载，团队先后霸占电源负载阻抗匹配难、束流功率小等难题，研制出寿命长、功率大的冷阴极电子枪，并成功运用于多个高端制作范畴。

改装“心脏”。

完成自适应匹配。

“在太空中运用3D打印，可快速、低本钱制作空间结构件、修理东西、探测器零部件等。咱们希望将3D打印机搬上太空，为人类在太空中长时间生计供给支撑。”许海鹰画龙点睛研制初衷。

希望虽好，但征程并不平整。用什么来熔化耐高温金属丝材完成3D打印？这是团队面对的首要问题。咱们重复研判，终究承认冷阴极电子枪可担此“重担”。

“冷阴极电子枪可发生高能电子束流，犹如一把极热的‘火’，可熔化高温合金等资料。”许海鹰介绍，“只需让它烧得又稳又可控，就能确保3D打印接连作业。”。

可是，咱们很快发现，要烧好这把“火”殊为不易，怎样让电源具有实时、快速调理才能成为最大的“绊脚石”。

“电源是为冷阴极电子枪供给能量的‘心脏’。咱们要改装这颗‘心脏’，让它自适应调整‘供血’速率，确保电子束流安稳输出。”团队成员王壮打了个比如。

改装“心脏”，谈何容易？团队研讨数月，仍然无法定下适宜的“手术”计划。直到有一天，团队成员、中国航空制作技能研讨院高级工程师杨波惊讶地发现，电源操控体系中电感、电容等参数的细小误差，竟会导致电子枪输出不安稳。他敏锐地判别：“这或许便是‘手术’计划的切入点！”。

团队像是抓住了“救命稻草”，开端亲近重视这种误差。只需电源体系呈现一点细小动摇，团队成员都会不分日夜，在实验室里花上几个小时记载、剖析。

通过数月的调试和优化，团队规划出一套实时电源操控算法。它可以依据负载阻抗的改变主动调整电流、电压等参数。冷阴极电子枪总算装上了一颗“聪明的心脏”，继续安稳地输出电子束流。

冷阴极电子枪正在安稳输出电子束流。

改善气体“配方”。

破解大功率难题。

霸占电源负载自适应匹配这一难关后，研制团队又乘胜追击，逐个处理了高频电磁搅扰、高温散热等一系列问题，顺利完成了3D打印设备研制和中心部件结构优化。

就在咱们认为行将功德圆满时，一盆冷水直接浇了个透心凉——电子束流的功率一直上不来。

恰当增减作业气体、修正电子枪结构参数、替换阴极资料……团队想尽各种方法调试，可作用一直不抱负，研制作业一度堕入僵局。

就在团队心境挨近冰点之时，一次偶尔实验中，电子枪输气管道呈现少许漏气。让咱们没想到的是，这时设备竟也能输出较大电子束流，乃至安稳度短时间内变高了。“咱们斗胆猜想，空气中的某种成分，或许对进步束流功率及其安稳性有协助。”王壮浮光掠影。

“冷阴极电子枪内，作业气体在高压下电离发生等离子体，其间正离子担任炮击阴极金属，然后激起其释放出电子。”杨波解说，“咱们一开端并不知道问题终究出在哪里，直到这时才意识到，调整电子枪内作业气体‘配方’，应该是进步束流功率的要害。”。

果然不出所料，团队在后续的不断验证中发现，电子枪中阴极资料——铝金属表面氧化而成的氧化铝，有助于进步阴极电子发射才能，可使电子束流到达希望功率且保持安稳。

咱们当即着手改善气体“配方”，将本来运用的纯氦气，调整为氦气与氧气的混合气，人为促进氧化铝构成，终究完成了大功率电子束流的安稳输出。

接下来，团队又一步步打破了丝束同轴规划等多项技能难点，研制出国内首台根据冷阴极电子枪的3D打印设备，在地上可完成1000作业小时以上的安稳熔丝成形。

重复实验。

打破微重力瓶颈。

地上3D打印的硕果犹如一剂“强心针”，极大地鼓动了团队向众多世界“再动身”。可是，想让冷阴极电子枪“飞天”，绝非易事。

“太空的微重力环境对资料活动和堆积行为影响很大，这是咱们亟待处理的中心难题。”团队成员桑兴华解说，“在地上上，用于3D打印的金属丝材熔化构成熔滴，在重力影响下可直接滴至基板上成形。但在太空中，熔滴反而会顺着丝材‘往上爬’，远离基板、无法成形。”。

为了打破这一瓶颈，团队在地上上模仿太空环境，先后测验多种方法，均以失利告终。项目节点在即，倍感压力的桑兴华提出一个斗胆想象：学习电弧焊原理，在丝材上施加脉冲电流，使用电磁力将熔滴“推”向基板。

计划一经提出，质疑声便接踵而来——“安全问题怎样处理？”。

制备过程中，冷阴极电子枪要与丝材触摸，电子枪自身就有上万伏高压，假如丝材再带电，那么绝缘就成了大问题。稍有不小心就会“串电”，对整套操控体系构成不可逆的损害。

“咱们僵持不下，又真实想不出更好的方法。”终究，团队抱着“死马当活马医”的主意，决议全力一搏。

他们当即着手建立实验渠道，将电子枪与丝材触摸的部分换成陶瓷绝缘原料；为了确保安全，又将送丝电机、导丝轮等部件进行了绝缘处理。

通过重复实验，他们在短短3周内开宣布一套脉冲电流操控设备，可在模仿的微重力环境下，让熔滴从丝材端“流向”基板。

冷阴极电子枪输出的高能电子束流熔化钛合金丝材，构成熔滴。

在此基础上，团队又霸占了小型化、轻量化难题，终究研制出“太空级”冷阴极电子枪3D打印原理样机，体积仅有地上3D打印设备的四分之一，有利于大幅节省发射本钱。

党的二十届三中全会提出，“推进科技立异和工业立异交融开展”“推进制作业高端化、智能化、绿色化开展”。面向未来，许海鹰信心十足：“咱们将着力加大科技立异力度，勇攀高能束激起与运用范畴技能顶峰，努力完成中心技能自主可控！”。

来历：科技日报（ID：kjrbwx），实习记者：于紫月。

(责任编辑：探索)