談3D打印與火箭制造：商業(yè)航天更適合廣泛應用增材解決方案

早在2019年，太空發(fā)射設(shè)備Launcher公司率先采用了3D打印來制造液體火箭發(fā)動機，進一步改善了來自 AMCM （EOS旗下公司）的設(shè)備。今年初，英國初創(chuàng)太空發(fā)射公司Orbex在社交媒體上宣布委托AMCM公司協(xié)助定制歐洲最大的工業(yè)級3D打印機進行火箭制造，達到每年生產(chǎn)超過35個大型火箭發(fā)動機和主級渦輪泵系統(tǒng)的內(nèi)部目標。

最近，總部位于佛羅里達州的金屬3D打印服務商Sintavia購買了兩臺由德國AMCM公司打造的M4K－4金屬3D打印系統(tǒng)，以提升3D打印火箭零件的能力。這臺機器是EOS M400-4的修改版本，是原始EOS機器兩倍高度。

Sintavia公司的客戶需要以更優(yōu)化的方式打印大量航空航天大型金屬零件。隨著兩臺M4K-4設(shè)備的加入，該公司正在不斷擴大增材制造設(shè)備陣容，Sintavia公司也成為北美第一家可以提供大批量增材制造金屬件服務的供應商。

Sintavia公司首席執(zhí)行官BrianNeff告訴TCT團隊：“隨著公司的發(fā)展壯大，我們已經(jīng)合并了一些適用于增材制造的零件類別，其中一類就是再生火箭推力室組件（TCA）。目前市場上幾乎所有的推力室組件都是使用3D打印制造的，包括傳統(tǒng)的模型。這是一個非常適合利用增材制造的零件，因為再生冷卻的工作方式非常類似于熱交換器，是由內(nèi)部通道將冷的液體推進劑流向熱的腔室�！�

Sintavia目前的增材制造能力令大多數(shù)工程師羨慕不已，公司已經(jīng)采購了30多臺高速3D打印機，包括來自GEAdditive、TRUMPF的設(shè)備，還有8臺EOS的M400-4四軸激光打印機。Neff分享了公司進入火箭制造領(lǐng)域所需的經(jīng)驗和策略：因為客戶迫切需要擴大規(guī)模。

Neff解釋說：“目前設(shè)備因高度問題而存在局限性。之前使用增材制造的通用基本方式是打印兩到三個部件，再把它們焊接在一起。而現(xiàn)在，M4K允許我們將每個推力室組件制造為一個整體：把噴射器、槍管和噴嘴作為一個整體來制造。以前單純打印兩個零件焊接的方法會影響火箭的性能，因為無法在推力室組件內(nèi)達到冷卻，必須在后期處理中把它們連接起來。我認為M4K的出現(xiàn)打破了規(guī)則，特別是對于火箭推進行業(yè)，因為我們可以重新設(shè)計發(fā)動機組件來消除任何類型的法蘭�！�

據(jù)AMCM公布的數(shù)據(jù)顯示，Launcher的E-2發(fā)動機燃燒室從一開始就被設(shè)計為 "具有增材制造功能的燃燒室"，將 Neff 描述的優(yōu)點集中到一個結(jié)構(gòu)中。利用同樣的優(yōu)勢，Sintavia采購的 M4K-4 打印450mm x 450mm x 1000mm的TCAs和其他熱動力部件和機翼。

M4K-4 被定義為 EOSM400-4 的“延伸擴大”版本，因為它具備更大的成型尺寸、更強大的激光器和更優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)。M4K-4交付后，Sintavia公司計劃將用于處理高性能銅和鎳合金。

當然，成型尺寸也需要謹慎考慮，AMCM與TCT分享了如何通過精確的模擬工具來抵消制造過程中的高溫導致的工件變形。Neff相信Sintavia有能力滿足客戶的各種需求。

Neff闡述道：“商業(yè)航天正在推動增材制造技術(shù)在航空器上更廣泛地應用，這是非常好的現(xiàn)象。雖然商業(yè)航天所代表的火箭發(fā)射業(yè)務市場與商用航空市場相比，仍然非常小。但商用航空由于涉及適航認證等各種環(huán)節(jié)，采用增材制造技術(shù)的進程還是非常緩慢。"

商業(yè)航天行業(yè)的客戶要求用更少的傳統(tǒng)連接步驟制造TCA，優(yōu)化再生冷卻通道，他們迫切希望壓縮交貨時間，所以3D打印解決方案就有了機會。Neff認為，這些優(yōu)勢的結(jié)合是至關(guān)重要的。

Neff最后總結(jié)道：“讓我們暢想一下未來，人類在探索外太空時，總不可能去火星上造一個鑄造廠，而是會選擇使用3D打印，嘗試用太陽能和月球塵埃進行打印。當公司朝這個方向去做市場營銷時，也在對市場證明：我們可以在地球完成打印，也可以在太空中做這件事。我個人認為這是一件非常酷的事。"