NASA開發(fā)出DED 3D打印火箭發(fā)動機部件

2020年9月18日，南極熊獲悉，美國宇航局（NASA）開發(fā)出3D打印的火箭發(fā)動機部件，作為 "阿特米斯 "項目的一部分，將宇航員送到月球，并為未來的火星任務(wù)做準備。

NASA優(yōu)化了粉末定向能量沉積(DED)技術(shù)，用于制造多種大型部件。這種先進的打印工藝使NASA大大縮短了生產(chǎn)噴嘴和燃燒室等復(fù)雜發(fā)動機部件的周期和成本。

NASA經(jīng)理Drew Hope說："這項技術(shù)進步意義重大，因為它使我們能夠以比過去更低的價格生產(chǎn)出最困難和最昂貴的火箭發(fā)動機部件。它將允許航空航天工業(yè)內(nèi)外的公司也這樣做，并將這種制造技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療、交通和基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)。"

NASA基于DED的增強型3D打印工藝

美國航天局制定了RAMPT（ Rapid Analysis and Manufacturing Propulsion Technology ）方案，以開發(fā)新的制造技術(shù)，總體目標是提高推力室組件的規(guī)模和性能。目前，在構(gòu)成NASA火箭發(fā)動機系統(tǒng)的所有部件中，火箭推進室的生產(chǎn)時間最長，成本最高，也是最重的部件。

RAMPT通過與政府和行業(yè)伙伴合作，不僅降低了發(fā)動機的成本，還開發(fā)了材料、硬件和測試的一體化專業(yè)供應(yīng)鏈。

RAMPT正在與一些制造企業(yè)一起開發(fā)商業(yè)3D打印技術(shù)。這樣的合作關(guān)系不僅讓RAMPT分擔了開發(fā)的相關(guān)成本，而且優(yōu)化了先進的增材制造技術(shù)，以便在其他行業(yè)內(nèi)使用。

最近，RAMPT在開發(fā)增強型DED 3D打印技術(shù)方面取得了重大進展，能夠制造出眾多火箭部件。這種打印方法的工作原理是將金屬粉末注入激光加熱的熔池中。然后，將一個由吹粉噴嘴和激光光學元件組成的打印頭連接到機器人上，機器人在逐層的過程中制造部件。

利用這項新興技術(shù)，美國宇航局的科學家們能夠制造出比以前大得多的部件，而這些部件只受制于制造它們的房間大小。新的DED工藝還被證明能夠制造高度復(fù)雜的部件，如帶有內(nèi)部冷卻劑通道的發(fā)動機噴嘴。

△利用新的基于DED的3D打印技術(shù)，NASA能夠比以前更快速、更經(jīng)濟地生產(chǎn)噴嘴，圖片來自NASA

具有內(nèi)部冷卻通道的火箭發(fā)動機噴嘴具有優(yōu)勢，因為它們可以通過溝槽運行低溫推進劑，以幫助保持設(shè)備的安全溫度。DED打印的任務(wù)關(guān)鍵部件的制造時間也更短，與使用傳統(tǒng)制造方法創(chuàng)建的部件相比，生產(chǎn)成本大大降低。

美國宇航局RAMPT聯(lián)合首席研究員Paul Gradl說："以傳統(tǒng)方式制造噴嘴是一個具有挑戰(zhàn)性的過程，它可能需要很長的時間，DED增材制造使我們能夠制造出具有復(fù)雜內(nèi)部特征的大尺寸部件，這在以前是不可能的。"

美國宇航局已經(jīng)部署了新的DED 3D打印工藝，生產(chǎn)有史以來最大的噴嘴。噴嘴直徑為40英寸，高38英寸，具有完全集成的冷卻通道，僅用了30天就制造完成。相比之下，如果使用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，需要整整一年的時間才能生產(chǎn)。

RAMPT項目的成功獲得了美國宇航局空間發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭團隊的關(guān)注，現(xiàn)在，SLS團隊正計劃進一步投資于增強型DED技術(shù)，以便為太空飛行的過程進行認證。未來，SLS團隊的目標是與RAMPT合作，制造并評估直徑達5英尺、高近7英尺的通道冷卻噴嘴。

△在RAMPT項目成功之后，NASA的SLS團隊正計劃將DED技術(shù)作為即將到來的Artemis任務(wù)的一部分，圖片來自NASA

NASA的增材航空工業(yè)伙伴關(guān)系

美國宇航局經(jīng)常與商業(yè)公司合作，制造增強型火箭部件，并推進3D打印技術(shù)在整個航空業(yè)的應(yīng)用。

去年5月，NASA與衛(wèi)星發(fā)射公司Virgin Orbit合作，制作了一個可以使用的3D打印火箭發(fā)動機燃燒室。該銅質(zhì)部件在馬歇爾太空飛行中心（MSFC）成功完成了試射，提供了高達2000磅的推力。

在與航空航天制造商波音公司的合作中，美國宇航局使用3D打印技術(shù)對其 "阿特米斯 "深空火箭中較脆弱的部件進行絕緣。

美國宇航局的噴氣推進實驗室（JPL）還使用美國軟件公司歐特克的創(chuàng)成式設(shè)計技術(shù)建造了一個星際登陸器。