3D打印火箭：2020年的最新進(jìn)展

在航天領(lǐng)域，應(yīng)用3D打印技術(shù)來(lái)制造火箭正在變得流行起來(lái)，因?yàn)?D打印火箭具有不錯(cuò)的效率和承載能力，2020年2月13日，南極熊注意到外媒總結(jié)了2020年3D打印火箭的最新進(jìn)展！本文我們將一起來(lái)看看。

3D打印先進(jìn)的火箭——改變航空航天業(yè)

這臺(tái)3D打印機(jī)由多個(gè)機(jī)械臂提供動(dòng)力，這些機(jī)械臂能夠打印最終用途的金屬零件。

近年來(lái)太空產(chǎn)業(yè)似乎并沒(méi)有真正邁出任何大步伐。 然而，許多公司都在研發(fā)方面投入了天文數(shù)字的資金，希望在航天領(lǐng)域創(chuàng)造出下一個(gè)重大成就。 為此，3D打印（也稱為增材制造）的最新發(fā)展使其成為影響航空航天工業(yè)的最重要技術(shù)之一。

衛(wèi)星已經(jīng)成為科學(xué)家和工程師的主要關(guān)注點(diǎn)，它可以用于高級(jí)研究以及更多的商業(yè)用途，例如全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 但是，這些衛(wèi)星需要一種進(jìn)入軌道的方法，而最好的方法仍然是使用火箭。 碰巧，制造火箭并將有效載荷發(fā)送到太空是一件非常昂貴的事情。

目前，將制造火箭的成本降至最低一直是業(yè)界的目標(biāo)。 實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵是使火箭更輕便，更省油，更便宜。 這就是3D打印的用武之地。

3D打印的優(yōu)勢(shì)

3D打印在火箭制造業(yè)務(wù)中的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠減少零件數(shù)量并使生產(chǎn)線具有靈活性，而無(wú)需在制造每種設(shè)計(jì)之前就對(duì)專用工具進(jìn)行數(shù)千萬(wàn)甚至數(shù)億美元的投資。

火箭由成千上萬(wàn)的零件組成，使其成為非常復(fù)雜的產(chǎn)品。 借助3D打印，可以大大減少火箭的零件數(shù)量，從而降低成本。 通過(guò)這種方式，我們正在進(jìn)入具有成本效益的火箭制造和太空業(yè)務(wù)的新時(shí)代。

和我們?cè)谝黄穑�探�?D打印火箭的最新，最激動(dòng)人心的進(jìn)步！

3D打印先進(jìn)火箭——Relativity Space:3D打印整個(gè)火箭

3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)Aeon 1（來(lái)源：Relativity Space）

Relativity Space是一家成立于2015年的公司，其目標(biāo)是制造世界上第一枚完全3D打印火箭，稱為Terran 1。

該公司的主要目標(biāo)是使用3D打印機(jī)，以盡可能減少火箭的零件數(shù)量，并使火箭的生產(chǎn)成為靈活的過(guò)程。

平均而言，火箭大約有50,000至100,000個(gè)零件，這使其與汽車一樣復(fù)雜。 Relativity Space已成功地將火箭上的零件數(shù)量減少到約1000個(gè)，從而大大降低了成本。

關(guān)于Relativity Space的詳細(xì)報(bào)道

Stargate 3D打印機(jī)

由于3D打印似乎是其項(xiàng)目的理想制造方法，因此Relativity不斷開(kāi)發(fā)自己的3D打印機(jī)Stargate。 它是世界上最大的金屬3D打印機(jī)之一，并且負(fù)責(zé)Terran 1的大部分生產(chǎn)。

整個(gè)系統(tǒng)由三個(gè)機(jī)械臂組成，一個(gè)機(jī)械臂用于打印，另外兩個(gè)機(jī)械臂用于后處理。 所使用的技術(shù)是直接能量沉積，該方法是將金屬絲送入熔化區(qū)，然后擠壓成所需的形狀。 用外行的話來(lái)說(shuō)，基本上是3D焊接。

螺母和螺栓

Relativity Space的創(chuàng)新不止于此，因?yàn)樗麄冞�投資了AI來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，從而以各種可能的方式使其變得更好，更高效。

Terran 1火箭的最大有效載荷為1,250公斤，由9臺(tái)Aeon 1發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，這些發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)3D打印，并使用液態(tài)甲烷和液態(tài)氧作為推進(jìn)劑。

油箱也通過(guò)Stargate打印機(jī)3D打印。從外部看，該油箱看起來(lái)像一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但實(shí)際上它由兩個(gè)內(nèi)部油箱組成，因?yàn)槊糠N推進(jìn)劑都需要分開(kāi)存放。由于Stargate打印機(jī)的大容積，該罐可以單件打印而沒(méi)有接縫，因此非常安全，避免了潛在的泄漏。

正如該公司網(wǎng)站所聲稱的那樣，他們的Stargate工廠能夠在60天內(nèi)打印出Terran 1，將其從原材料一直帶到可飛行的車輛中。相比之下，常規(guī)火箭制造的交付周期通常超過(guò)一年！

Stargate 負(fù)責(zé)制造火箭結(jié)構(gòu)和推進(jìn)劑油箱，而較小的部件和發(fā)動(dòng)機(jī)則在直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）3D打印機(jī)上打印。

軌道測(cè)試定于2021年進(jìn)行，而商用火箭的正式發(fā)射應(yīng)在此后不久進(jìn)行。

3D打印先進(jìn)火箭——Orbex：世界上最大的3D打印火箭引擎

Orbex的3D打印引擎也是一件很棒的事情（來(lái)源：Orbex）

Orbex是一家總部位于英國(guó)的初創(chuàng)公司，專門開(kāi)發(fā)衛(wèi)星運(yùn)載火箭。 Orbex推出了該公司的環(huán)�；鸺齈rime，用于提供低成本的軌道發(fā)射服務(wù)，獲得了廣泛的媒體報(bào)道。 考慮到Orbex成立僅5年，這是一個(gè)了不起的成就。

為了使Orbex達(dá)到低成本軌道發(fā)射的目標(biāo)，用可用的最佳材料制造輕型火箭非常重要。 盡管大多數(shù)火箭是由碳纖維，鋁和石墨烯復(fù)合材料制成的，但3D打印仍在Orbex中發(fā)揮著作用，它的作用是什么。

一場(chǎng)大的交易

Orbex的運(yùn)載火箭由世界上最大的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。 它在SLM Solutions 800機(jī)器上一次打印，無(wú)需多余的接頭。 它燃燒生物丙烷燃料，以確保盡可能降低碳排放量。

在撰寫(xiě)本文時(shí)，Orbex的運(yùn)載火箭即將于2021年首次發(fā)射。
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3D打印先進(jìn)火箭——Rocket Lab：低地球軌道的小型衛(wèi)星

資料來(lái)源：YouTube的Rocket Lab

Rocket Lab是一家位于加利福尼亞的航空航天公司，致力于將小型衛(wèi)星送入低地球軌道。

最近，該公司推出了新的兩階段運(yùn)載火箭Electron。 火箭本身由碳復(fù)合材料制成，以盡可能減輕重量， 最大有效載荷為225公斤。

Rocket Lab更有趣的方面之一是使用特殊的3D打印盧瑟福引擎。

什么是盧瑟福引擎？

以歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）的名字命名的盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)是一種使用氧氣和煤油作為推進(jìn)劑的小型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。 將易于生產(chǎn)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)與專業(yè)的電子束熔化（EBM）3D打印機(jī)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高效的成本削減設(shè)置。

Rocket Lab的3D打印盧瑟福引擎（來(lái)源：SpaceFlight Insider）

到目前為止，Rocket Lab已經(jīng)打印了100多個(gè)這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，它們已經(jīng)成功完成了各種測(cè)試程序。 生產(chǎn)過(guò)程本身令人印象深刻（這是Rocket Lab所獨(dú)有的），每個(gè)火箭只需24小時(shí)。

話雖如此，可以說(shuō)火箭實(shí)驗(yàn)室正在努力實(shí)現(xiàn)釋放太空潛力的愿景。
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3D打印先進(jìn)火箭——Launcher：高效引擎

測(cè)試Engine-1（來(lái)源：Launcher）

Launcher是一家位于布魯克林的新興公司，致力于開(kāi)發(fā)世界上最高效的“小型火箭”，以將小型衛(wèi)星送入軌道。 他們的解決方案是Rocket-1，這是一枚20米長(zhǎng)的火箭，配備了一組5臺(tái)Engine-2推進(jìn)器，火箭的最大有效載荷能力為773千克。

為了為衛(wèi)星發(fā)射提供有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，火箭和發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本必須盡可能低。 通過(guò)與EOS和AMCM合作，Launcher在其工作流程中實(shí)施了3D打印。

Engine-2

Engine-2具有世界上最大的一體式3D打印燃燒室，該燃燒室由粉末3D打印機(jī)上的銅合金一體成型。 一次打印所有零件使生產(chǎn)變得容易，因?yàn)椴恍枰�接縫。 這也使他們能夠開(kāi)發(fā)出效率高達(dá)98％的推進(jìn)器，這是一項(xiàng)了不起的成就。

該發(fā)動(dòng)機(jī)使用煤油和液態(tài)氧作為推進(jìn)劑，它有望提供22,000磅力（約97,860牛頓）的強(qiáng)勁推力。

3D打印先進(jìn)火箭——Skyrora：塑料廢物到推進(jìn)劑

3D打印機(jī)對(duì)于開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)都是至關(guān)重要的（來(lái)源：Instagram的Skyrora）

Skyrora是一家位于愛(ài)丁堡的公司，專注于衛(wèi)星發(fā)射。我們?cè)谖恼轮杏袔准翌愃频墓�司，但是Skyrora憑借其創(chuàng)新的燃料添加方法引起了我們的注意。

Skyrora設(shè)法找到了一種方法，可以從塑料廢料中開(kāi)發(fā)燃料，尤其是煤油。他們稱其為“二十碳烯”，燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體排放量減少約45％。

Skyrora從塑料廢料中提取燃料的過(guò)程引起了航天工業(yè)的廣泛關(guān)注。而且它變得更好，因?yàn)閾?jù)稱該工藝能夠在創(chuàng)紀(jì)錄的24小時(shí)內(nèi)從1,000公斤的塑料廢料中生產(chǎn)600公斤的煤油。

Skyrora開(kāi)發(fā)了這種燃料來(lái)為其3.5 kN 3D打印引擎系統(tǒng)Leo提供動(dòng)力，該系統(tǒng)有望在長(zhǎng)度為22米的Skyrora XL火箭中找到自己的用途。 3D打印引擎系統(tǒng)還可以用于在火箭到達(dá)軌道后對(duì)其進(jìn)行機(jī)動(dòng)，因?yàn)樗�具有可以重新啟�?dòng)的創(chuàng)新功能。


編譯自：all3dp