NASA將會(huì)使用大型3D打印技術(shù)來制造未來的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

來源：江蘇激光聯(lián)盟

NASA將會(huì)使用大型3D打印技術(shù)來制造未來的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，目前已經(jīng)經(jīng)過測試的兩種部件，銅合金燃燒室和使用高強(qiáng)耐氫的鋼制造的噴嘴在2020年的火星探索實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了使用。

未來的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)使用大型3D打印技術(shù)來制造

送粉式能量直接沉積技術(shù)可以制造大體積的部件——諸如火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴

圖解： 同傳統(tǒng)的制造工藝相比較，不僅部件價(jià)格便宜，而且制造速度快，

美國NASA的阿爾忒彌斯計(jì)劃（英文：Artemis Program，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布了一項(xiàng)280億美元的宏偉計(jì)劃，在2024年將首位女性和第二位男性宇航員送上月球），該項(xiàng)計(jì)劃打算為人類在火星上居住做準(zhǔn)備。而增材制造技術(shù)，或者說是3Da打印技術(shù)，是NASA比較精通的一項(xiàng)技術(shù)，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都是比較活躍的一種用來打印火箭部件的技術(shù)，打印的部件將為這些登陸火星作準(zhǔn)備。

NASA的快速分析和制造推薦技術(shù)項(xiàng)目，正在開發(fā)這一先進(jìn)的增材制造技術(shù)來及逆行3D打印火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，采用激光和粉末來進(jìn)行。這一技術(shù)，稱之為噴送粉末直接能量沉積，可大大減小制造成本和減少制造大型，復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)部件如噴嘴和燃燒室的制造周期。

這一技術(shù)的先進(jìn)性是非常明顯地，它會(huì)允許我們制造起來非常難困難和非常昂貴的火箭部件，且可以實(shí)現(xiàn)同過去相比，以低成本的方式來實(shí)現(xiàn)制造。此外，它還將使得公司和啊航天工業(yè)可以制造出一樣的產(chǎn)品和應(yīng)用這一技術(shù)來制造醫(yī)療，傳輸工具和基礎(chǔ)設(shè)施等。

該打印技術(shù)噴射金屬粉末到激光加熱造成的熔池中或者熔融金屬中。噴送的粉末和激光鏡片組合在一起形成金屬打印的激光頭。這一打印的激光頭連接在機(jī)器人手臂上，然后按照程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)好的路徑來層層堆積。

噴粉能量直接沉積3D打印技術(shù)的工作狀態(tài)圖

該制造技術(shù)具有許多的優(yōu)勢，例如可以制造大型的部件，不再受限于制造時(shí)的尺寸。該技術(shù)同時(shí)可以大型形狀比較復(fù)雜的部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的帶內(nèi)冷卻通道的噴嘴�；鸺�發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴是包含內(nèi)冷卻通道的，可以讓低溫火箭燃料推進(jìn)劑通過其內(nèi)的通道來保證噴嘴在安全的溫度進(jìn)行工作。

含內(nèi)冷卻通道的復(fù)雜的火箭噴嘴設(shè)計(jì)——可以采用噴粉能量直接沉積技術(shù)進(jìn)行制造。噴嘴的壁和內(nèi)通道的厚度只有幾張紙的厚度

采用傳統(tǒng)工藝制造發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作，并且還會(huì)花費(fèi)很長的時(shí)間。噴粉能量直接沉積增材制造技術(shù)可以允許我們制造大尺寸的復(fù)雜形狀的具有內(nèi)冷卻通道的部件，這在以前幾乎是不可能的。我們可以顯著地減少制造時(shí)間和制造成本，同時(shí)可以非常容易的制造出內(nèi)冷卻通道的噴嘴和其他關(guān)鍵的火箭部件。

目前他們已經(jīng)使用噴粉能量直接沉積增材制造技術(shù)制造了大型尺寸的NASA火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，經(jīng)過測量，其直徑為40英寸，高度為34英寸，具有完全的內(nèi)冷卻通道。這一噴嘴的制造時(shí)間只有30天的時(shí)間，在以前，采用傳統(tǒng)焊接制造技術(shù)則需要至少一年。采用噴粉能量直接沉積增材制造技術(shù)的交割完成任務(wù)的時(shí)間比預(yù)期還早了一年的時(shí)間。這一目標(biāo)在2020年已經(jīng)完成

目前采用這一技術(shù)，保證了NASA的航天系統(tǒng)的發(fā)射，太空飛船和深空探測任務(wù)的完成。包括輸送首位女性另外兩名男性在2024年之前進(jìn)行登月，以及建立可持續(xù)的空間生存居住站。目前他們正在開展使用噴粉能量直接增材制造技術(shù)打印的航天部件的認(rèn)證工作。目前該技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在構(gòu)建和評(píng)估采用該技術(shù)打印的直接為5英尺，高度為7英尺的帶有內(nèi)冷卻通道的噴嘴。

使用這一新型的噴粉能量直接沉積技術(shù)來制造噴嘴的內(nèi)壁和其他部件，將會(huì)使得航天系統(tǒng)制造的部件可以在原計(jì)劃的周期內(nèi)提前完成并減少成本。

經(jīng)過一系列嚴(yán)苛的熱火焰測試，工程師們將會(huì)經(jīng)受分量表版本的噴嘴在同樣的 6,000°的燃燒室的溫度中和持續(xù)的壓力下進(jìn)行測試，這是實(shí)際的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件在發(fā)射時(shí)要經(jīng)受和耐久性考驗(yàn)和性能測試。

粉能量直接沉積增材制造的銅合金燃燒室和使用高強(qiáng)耐氫的鋼制造的噴嘴正在進(jìn)行熱火焰測試

某型號(hào)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的結(jié)構(gòu)圖

未來的登月裝備將會(huì)配備3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件，這將大為降低制造的成本和減少制造時(shí)間。NASA正在積極的投資這一技術(shù)，這一技術(shù)，在不久的將來，將使登月變成現(xiàn)實(shí)。

經(jīng)過熱火焰驗(yàn)證測試， NASA 已經(jīng)證明兩種噴粉能量直接沉積增材制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品——銅合金燃燒室和使用高強(qiáng)耐氫的鋼制造的噴嘴——經(jīng)過了傳統(tǒng)制造技術(shù)可以通過的飛行的極端傳統(tǒng)燃燒室的測試。