Rocket Lab使用90噸3D打印機制造“世界上最大的”碳復合材料火箭

2024年10月22日，南極熊獲悉，加州航天發(fā)射公司Rocket Lab正在使用一臺 90 噸重的 3D 打印機建造據稱“歷史上最大的碳復合材料火箭結構”。

據報道，Rocket Lab公司的3D 打印機是一臺定制的自動纖維鋪放 (AFP) 機，是世界上同類系統(tǒng)中最大的。該機器人 3D 打印機由美國Electroimpact 公司制造，高 39 英尺（12 米），每分鐘可鋪放328 英尺（100 米）連續(xù)碳纖維復合材料。

Rocket Lab 已在位于馬里蘭州Middle River 的空間結構綜合設施中安裝了大型 AFP 機器。該機器旨在自動生產該公司可重復使用的中子運載火箭的所有主要復合結構。這些結構包括 91 英尺（28 米）級間和整流罩的面板、22.9 英尺（7 米）直徑的第一級和16.4 英尺（5 米）直徑的第二級儲罐。

據 Rocket Lab 介紹，使用傳統(tǒng)的手工方法建造第二級圓頂需要數(shù)周時間，而 AFP 機器只需 24 小時便可完成。據預測，使用 AFP 技術建造火箭結構將節(jié)省超過15 萬小時。

Rocket Lab 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官彼得·貝克爵士評論道：“當我們建造世界上最大的碳復合材料火箭時，我們需要世界上第一臺碳復合纖維鋪放機是理所當然的。我們將結合我們專有的經過飛行驗證的碳復合材料技術、增材制造和自主機器人技術，設計和制造大型航空航天部件，其速度不僅可以支持中子的發(fā)射節(jié)奏，還可以支持我們的航天器客戶的電子和碳復合材料結構�！�

RocketLab 的 90 噸自動纖維鋪放 (AFP) 機。照片來自 Rocket Lab。

3D 打印“世界上最大的”碳復合材料火箭

AFP 機器可以橫向移動 98 英尺（30 米），逐層向不同方向鋪設碳纖維板，直到結構完全制造完成。該系統(tǒng)的高速對于Rocket Lab 大型發(fā)射裝置部件的生產至關重要，這些部件面積達數(shù)千平方米，具有數(shù)百層碳纖維層。  

Rocket Lab的巨型 3D 打印機還配備了自動實時檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可監(jiān)控生產過程，并可在鋪設過程中檢測整個層壓碳復合材料的缺陷。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，系統(tǒng)會在添加下一層之前自動提醒操作員問題。這為 Rocket Lab 的中子發(fā)射器的質量提供了額外的信心，幫助它滿足航空航天和航天工業(yè)的嚴格標準。

盡管 AFP 機器尺寸驚人，但它并不局限于大規(guī)模應用。它還用于為 Neutron 3D 打印較小的碳復合材料結構。該可重復使用的發(fā)射器能夠將13,000 公斤的載荷送入近地軌道，旨在將衛(wèi)星基站運送到太空。

據報道，Neutron 將于明年首次發(fā)射，將成為世界上第一枚中型碳復合材料火箭。它由 Rocket Lab 的新型 3D 打印可重復使用火箭發(fā)動機 Archimedes 提供動力。這取代了該公司上一代3D 打印 Rutherford 發(fā)動機，后者采用電子束熔化 (EBM) 技術生產。

除了 Neutron，RocketLab 還利用 AFP 系統(tǒng)生產其 3D 打印發(fā)動機驅動的 Electron 火箭的第一級和其他經過太空驗證的碳復合材料結構。這些包括航天器的面板和組件、太陽能電池板的基板、碳復合材料主結構和油箱以及其他客戶航空航天項目。

增材制造提高了航天火箭的生產能力

增材制造在太空火箭生產中的應用越來越廣泛。今年早些時候，NASA 的 Paul Gradl 告訴 3D 打印行業(yè)，金屬 3D 打印在“火箭發(fā)動機開發(fā)和生產中發(fā)揮著巨大作用”。

上個月，埃隆·馬斯克的火箭公司SpaceX宣布與 Velo3D 簽署了一份價值 500 萬美元的 3D 打印機許可協(xié)議。該協(xié)議是繼之前為SpaceX 提供 3D 打印機的合同之后達成的。值得注意的是，該公司在其 Raptor 發(fā)動機的生產中利用了增材制造技術。馬斯克最近聲稱，該公司擁有“最先進的 3D 金屬打印技術”。

今年早些時候，中國藍箭航天首次成功試射并著陸其可重復使用的朱雀三號 VTVL-1 火箭。據報道，這款火箭采用了一系列增材制造的部件，這些部件采用鉑力特(BLT) 的金屬 3D 打印技術生產。這些部件包括接頭元件、點火器支架和復雜的自由體部分。據稱， 3D 打印的太空火箭部件大大縮短了整體生產時間，加快了交付速度，并支持快速開發(fā)迭代。

鉑力特3D 打印機還用于制造中國航空航天公司東方航天的重力一號 Y-1 商業(yè)運載火箭的部件。重力一號被稱為“世界上最大的固體火箭”，其各種部件均采用 BLT 的激光固體成型 (LSF) 技術制造。據報道，3D 打印這些部件克服了傳統(tǒng)制造方法存在的加工困難、生產周期長和材料利用率低等問題。