电机轴高速旋转，送丝盘稳步传动，真空室内丝材快速熔化、沉积成形……中国航空制造技术研究院高能束流发生器实验室内，一台两米见方的3D打印机正在制造一件精密钛合金结构件。
“这是我国首次在模拟微重力环境下，应用冷阴极电子枪实现‘太空级’3D打印。”日前，中国航空制造技术研究院研究员、冷阴极电子枪研发团队负责人许海鹰告诉科技日报记者，“该设备有望成为我国‘太空制造’中的加工利器。”
此前，该技术长期被国外垄断。磨剑近十载，团队先后攻克电源负载阻抗匹配难、束流功率小等难题，研发出寿命长、功率大的冷阴极电子枪，并成功应用于多个高端制造领域。
实现自适应匹配
“在太空中应用3D打印，可快速、低成本制造空间结构件、维修工具、探测器零部件等。我们希望将3D打印机搬上太空，为人类在太空中长期生存提供支撑。”许海鹰一语道破研发初衷。
愿望虽好，但征途并不平坦。用什么来熔化耐高温金属丝材实现3D打印？这是团队面临的首要问题。大家反复研判，最终确认冷阴极电子枪可担此“重任”。
“冷阴极电子枪可产生高能电子束流，犹如一把极热的‘火’，可熔化高温合金等材料。”许海鹰介绍，“只要让它烧得又稳又可控，就能保证3D打印连续工作。”
但是，大家很快发现，要烧好这把“火”殊为不易，如何让电源具备实时、快速调节能力成为最大的“拦路虎”。
“电源是为冷阴极电子枪提供能量的‘心脏’。我们要改装这颗‘心脏’，让它自适应调整‘供血’速率，保证电子束流稳定输出。”团队成员王壮打了个比方。
改装“心脏”，谈何容易？团队研究数月，依然无法定下合适的“手术”方案。直到有一天，团队成员、中国航空制造技术研究院高级工程师杨波惊奇地发现，电源控制系统中电感、电容等参数的微小偏差，竟会导致电子枪输出不稳定。他敏锐地判断：“这可能就是‘手术’方案的切入点！”
团队像是抓住了“救命稻草”，开始密切关注这种偏差。只要电源系统出现一点微小波动，团队成员都会不分日夜，在实验室里花上几个小时记录、分析。
经过数月的调试和优化，团队设计出一套实时电源控制算法。它能够根据负载阻抗的变化自动调整电流、电压等参数。冷阴极电子枪终于装上了一颗“聪明的心脏”，持续稳定地输出电子束流。
破解大功率难题
攻克电源负载自适应匹配这一难关后，研发团队又乘胜追击，逐一解决了高频电磁干扰、高温散热等一系列问题，顺利完成了3D打印设备研制和核心部件结构优化。
就在大家以为即将大功告成时，一盆冷水直接浇了个透心凉——电子束流的功率始终上不来。
适当增减工作气体、修改电子枪结构参数、更换阴极材料……团队想尽各种方法调试，可效果始终不理想，研发工作一度陷入僵局。
就在团队心情接近冰点之时，一次偶然试验中，电子枪输气管道出现些许漏气。让大家没想到的是，这时设备竟也能输出较大电子束流，甚至稳定度短时间内变高了。“我们大胆猜测，空气中的某种成分，可能对提升束流功率及其稳定性有帮助。”王壮记忆犹新。
“冷阴极电子枪内，工作气体在高压下电离产生等离子体，其中正离子负责轰击阴极金属，从而激发其释放出电子。”杨波解释，“我们一开始并不知道问题究竟出在哪里，直到这时才意识到，调整电子枪内工作气体‘配方’，应该是提升束流功率的关键。”
果然不出所料，团队在后续的不断验证中发现，电子枪中阴极材料——铝金属表面氧化而成的氧化铝，有助于提高阴极电子发射能力，可使电子束流达到期望功率且保持稳定。
大家立即着手改进气体“配方”，将原来使用的纯氦气，调整为氦气与氧气的混合气，人为促进氧化铝形成，最终实现了大功率电子束流的稳定输出。
接下来，团队又一步步突破了丝束同轴设计等多项技术难点，研制出国内首台基于冷阴极电子枪的3D打印设备，在地面可实现1000工作小时以上的稳定熔丝成形。
突破微重力瓶颈
地面3D打印的硕果犹如一剂“强心针”，极大地鼓舞了团队向浩瀚宇宙“再出发”。但是，想让冷阴极电子枪“飞天”，绝非易事。
“太空的微重力环境对材料流动和沉积行为影响很大，这是我们亟待解决的核心难题。”团队成员桑兴华解释，“在地面上，用于3D打印的金属丝材熔化形成熔滴，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。”
为了突破这一瓶颈，团队在地面上模拟太空环境，先后尝试多种方法，均以失败告终。项目节点在即，倍感压力的桑兴华提出一个大胆设想：借鉴电弧焊原理，在丝材上施加脉冲电流，利用电磁力将熔滴“推”向基板。
方案一经提出，质疑声便接踵而来——“安全问题怎么解决？”
制备过程中，冷阴极电子枪要与丝材接触，电子枪本身就有上万伏高压，如果丝材再带电，那么绝缘就成了大问题。稍有不慎就会“串电”，对整套控制系统造成不可逆的损伤。
“大家僵持不下，又实在想不出更好的办法。”最终，团队抱着“死马当活马医”的想法，决定全力一搏。
他们立即着手搭建试验平台，将电子枪与丝材接触的部分换成陶瓷绝缘材质；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。
经过反复试验，他们在短短3周内开发出一套脉冲电流控制装置，可在模拟的微重力环境下，让熔滴从丝材端“流向”基板。
在此基础上，团队又攻克了小型化、轻量化难题，最终研制出“太空级”冷阴极电子枪3D打印原理样机，体积仅有地面3D打印设备的四分之一，有利于大幅节约发射成本。
党的二十届三中全会提出，“推动科技创新和产业创新融合发展”“推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”。面向未来，许海鹰信心十足：“我们将着力加大科技创新力度，勇攀高能束激发与应用领域技术高峰，努力实现核心技术自主可控！”
电机轴高速旋转，送丝盘稳步传动，真空室内丝材快速熔化、沉积成形……中国航空制造技术研究院高能束流发生器实验室内，一台两米见方的3D打印机正在制造一件精密钛合金结构件。
“这是我国首次在模拟微重力环境下，应用冷阴极电子枪实现‘太空级’3D打印。”日前，中国航空制造技术研究院研究员、冷阴极电子枪研发团队负责人许海鹰告诉科技日报记者，“该设备有望成为我国‘太空制造’中的加工利器。”
此前，该技术长期被国外垄断。磨剑近十载，团队先后攻克电源负载阻抗匹配难、束流功率小等难题，研发出寿命长、功率大的冷阴极电子枪，并成功应用于多个高端制造领域。
实现自适应匹配
“在太空中应用3D打印，可快速、低成本制造空间结构件、维修工具、探测器零部件等。我们希望将3D打印机搬上太空，为人类在太空中长期生存提供支撑。”许海鹰一语道破研发初衷。
愿望虽好，但征途并不平坦。用什么来熔化耐高温金属丝材实现3D打印？这是团队面临的首要问题。大家反复研判，最终确认冷阴极电子枪可担此“重任”。
“冷阴极电子枪可产生高能电子束流，犹如一把极热的‘火’，可熔化高温合金等材料。”许海鹰介绍，“只要让它烧得又稳又可控，就能保证3D打印连续工作。”
但是，大家很快发现，要烧好这把“火”殊为不易，如何让电源具备实时、快速调节能力成为最大的“拦路虎”。
“电源是为冷阴极电子枪提供能量的‘心脏’。我们要改装这颗‘心脏’，让它自适应调整‘供血’速率，保证电子束流稳定输出。”团队成员王壮打了个比方。
改装“心脏”，谈何容易？团队研究数月，依然无法定下合适的“手术”方案。直到有一天，团队成员、中国航空制造技术研究院高级工程师杨波惊奇地发现，电源控制系统中电感、电容等参数的微小偏差，竟会导致电子枪输出不稳定。他敏锐地判断：“这可能就是‘手术’方案的切入点！”
团队像是抓住了“救命稻草”，开始密切关注这种偏差。只要电源系统出现一点微小波动，团队成员都会不分日夜，在实验室里花上几个小时记录、分析。
经过数月的调试和优化，团队设计出一套实时电源控制算法。它能够根据负载阻抗的变化自动调整电流、电压等参数。冷阴极电子枪终于装上了一颗“聪明的心脏”，持续稳定地输出电子束流。
破解大功率难题
攻克电源负载自适应匹配这一难关后，研发团队又乘胜追击，逐一解决了高频电磁干扰、高温散热等一系列问题，顺利完成了3D打印设备研制和核心部件结构优化。
就在大家以为即将大功告成时，一盆冷水直接浇了个透心凉——电子束流的功率始终上不来。
适当增减工作气体、修改电子枪结构参数、更换阴极材料……团队想尽各种方法调试，可效果始终不理想，研发工作一度陷入僵局。
就在团队心情接近冰点之时，一次偶然试验中，电子枪输气管道出现些许漏气。让大家没想到的是，这时设备竟也能输出较大电子束流，甚至稳定度短时间内变高了。“我们大胆猜测，空气中的某种成分，可能对提升束流功率及其稳定性有帮助。”王壮记忆犹新。
“冷阴极电子枪内，工作气体在高压下电离产生等离子体，其中正离子负责轰击阴极金属，从而激发其释放出电子。”杨波解释，“我们一开始并不知道问题究竟出在哪里，直到这时才意识到，调整电子枪内工作气体‘配方’，应该是提升束流功率的关键。”
果然不出所料，团队在后续的不断验证中发现，电子枪中阴极材料——铝金属表面氧化而成的氧化铝，有助于提高阴极电子发射能力，可使电子束流达到期望功率且保持稳定。
大家立即着手改进气体“配方”，将原来使用的纯氦气，调整为氦气与氧气的混合气，人为促进氧化铝形成，最终实现了大功率电子束流的稳定输出。
接下来，团队又一步步突破了丝束同轴设计等多项技术难点，研制出国内首台基于冷阴极电子枪的3D打印设备，在地面可实现1000工作小时以上的稳定熔丝成形。
突破微重力瓶颈
地面3D打印的硕果犹如一剂“强心针”，极大地鼓舞了团队向浩瀚宇宙“再出发”。但是，想让冷阴极电子枪“飞天”，绝非易事。
“太空的微重力环境对材料流动和沉积行为影响很大，这是我们亟待解决的核心难题。”团队成员桑兴华解释，“在地面上，用于3D打印的金属丝材熔化形成熔滴，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。”
为了突破这一瓶颈，团队在地面上模拟太空环境，先后尝试多种方法，均以失败告终。项目节点在即，倍感压力的桑兴华提出一个大胆设想：借鉴电弧焊原理，在丝材上施加脉冲电流，利用电磁力将熔滴“推”向基板。
方案一经提出，质疑声便接踵而来——“安全问题怎么解决？”
制备过程中，冷阴极电子枪要与丝材接触，电子枪本身就有上万伏高压，如果丝材再带电，那么绝缘就成了大问题。稍有不慎就会“串电”，对整套控制系统造成不可逆的损伤。
“大家僵持不下，又实在想不出更好的办法。”最终，团队抱着“死马当活马医”的想法，决定全力一搏。
他们立即着手搭建试验平台，将电子枪与丝材接触的部分换成陶瓷绝缘材质；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。
经过反复试验，他们在短短3周内开发出一套脉冲电流控制装置，可在模拟的微重力环境下，让熔滴从丝材端“流向”基板。
在此基础上，团队又攻克了小型化、轻量化难题，最终研制出“太空级”冷阴极电子枪3D打印原理样机，体积仅有地面3D打印设备的四分之一，有利于大幅节约发射成本。
党的二十届三中全会提出，“推动科技创新和产业创新融合发展”“推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”。面向未来，许海鹰信心十足：“我们将着力加大科技创新力度，勇攀高能束激发与应用领域技术高峰，努力实现核心技术自主可控！”
据《日本经济新闻》3月19日报道，东京大学副教授坂本健太郎等人研究发现，海龟下潜时心率将急剧下降。海龟与鲸等哺乳类动物同样，心率随下潜深度加深而下降，特别是在下潜深度超过140米时，一分钟心跳 英伟达AI风暴席卷医疗行业 “AI制药”是风口还是泡沫？ 季媛媛 全球医疗健康行业正刮起最强AI风暴。 当地时间3月18日，全球瞩目的顶级AI盛会――英伟达2024年GPU技术大会(NVIDIA GTC 2024)正式开幕。据相关 眼眸深邃似海、璨如星河，中国医学科学院生物医学工程研究所眼科诊疗技术研发团队（以下简称“团队”）正是眼眸“侦探”。该团队不久前被授予“国家卓越工程师团队”称号。别看人眼只有8克左右，却 xiaomi在3月21日正式发布了首款“潮流旗舰”定位的产品——xiaomiCivi 4 Pro。该机定位相较以前大幅升级，尤其是性能、影像、AI方面明显提高，这背后的大功臣之一就是第三代骁龙8s。xiaom 联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新发布的评估报告显示，全球温升预计在2021年至2040年内达到1.5℃。报告指出，自IPCC第五次评估报告发布以来，全球减缓气候变化的政策和法律不断增多，但实施 美国佐治亚理工学院机械工程师开发了一种控制机器人外骨骼的通用方法。无需专门训练、特别校准，对复杂算法进行调整后，用户穿上外骨骼就可以直接行走。研究成果3月20日发表在《科学·机 。本文链接：“太空级”冷阴极电子枪3D打印原理样机诞生记http://www.sushuapos.com/show-2-11808-0.html
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。
上一篇： 以科技创新增强抵御外部冲击的底气