全球最大3D打印火箭發(fā)動機燃燒室，是怎樣造出來的？

火箭發(fā)射可以說蘊含著世界上最尖端的科技，尤其在結(jié)構(gòu)設計上，火箭每減重1kg，就可以節(jié)約兩萬美元的發(fā)射成本。

從前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆火箭以來，火箭的制造技術(shù)一直在改進，然而經(jīng)過幾十年的設計優(yōu)化后，傳統(tǒng)的加工制造技術(shù)遇到不少瓶頸，這時，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)帶來了新的轉(zhuǎn)機。

2019年11月18日，南極熊獲悉，美國私人航空航天公司Launcher計劃對其最新研制的E-2火箭發(fā)動機進行首次全面測試，與常規(guī)火箭相比，該火箭最大的創(chuàng)新在于其發(fā)動機配備了3D打印的燃燒室， 測試日期定為2020年中旬。

△具有最大3D打印燃燒室的E-2火箭發(fā)動機

下面南極熊就帶你來看看，他們之前已經(jīng)成功測試過的3D打印E-1火箭發(fā)動機燃燒室是怎樣制造出來的。

首先，在電腦中設計出燃燒室的三維結(jié)構(gòu)（3D數(shù)據(jù)），值得注意的是這樣的結(jié)構(gòu)是專為3D打印制造工藝而設計的，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計之后，不但性能更強而且重量更輕。

然后，將數(shù)據(jù)進行切片處理（將設計好的3D模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機可以識別的工作指令），導入到金屬3D打印機中。

所需要用到的銅合金粉末材料等一切準備就緒之后，便開始進入令人興奮的3D打印環(huán)節(jié)，使用激光一層一層的融化粉末，每融化一層金屬粉末之后，就鋪上一層新的粉，然后繼續(xù)熔融堆積，直至打印完成。

打印完成之后，清除燃燒室周邊的多余金屬粉末材料。

3D打印的燃燒室基本結(jié)構(gòu)就已經(jīng)完成了

然后進行初步的測量

此時的3D打印燃燒室機構(gòu)內(nèi)部還存在很多的內(nèi)應力，需要進行高溫退火處理。

退火之后，燃燒室的性能得到進一步的提升，此時需要去除在激光熔融打印時在表面形成的支撐結(jié)構(gòu)。

表面噴砂工藝，使燃燒室具有更加光滑的表面。

下面將燃燒室放入CNC加工中心（減材制造工藝），進行鉆孔

用三坐標測量儀來檢測燃燒室的尺寸精度，確保最終的工件的尺寸符合使用要求。

三維掃描儀來掃描最終的燃燒室，逆向獲取其3D數(shù)據(jù)。

所有的后處理工作、測量工作完成之后，即將進入令人更加興奮地測試環(huán)節(jié)，將燃燒室固定在測試架上面。

倒計時3 2 1，開始測試。

這款3D打印技術(shù)制造的銅合金E-1火箭發(fā)動機燃燒室經(jīng)過測試，推力達到2.77KN，最大壓力：430PSI，最大室溫度：3600KELVIN。

而2020年要測試的是最新升級版的E-2發(fā)動機，Launcher Engine-2將是小型衛(wèi)星發(fā)射器級別中性能最高的引擎-具有最大推力，最低推進劑消耗量和最低每磅推力成本。

△Launcher的 E-2發(fā)動機

△Launcher的 E-2發(fā)動機的詳細細節(jié)

每個發(fā)動機產(chǎn)生10噸推力（22,000磅力），四個Engine-2液體火箭發(fā)動機將為Rocket-1的第一階段提供動力。第五臺經(jīng)過真空優(yōu)化的Engine-2發(fā)動機將為第二階段提供動力。

Engine-2或E-2也可以出售給商業(yè)和政府客戶，以與他們自己的運載火箭集成。

據(jù)南極熊了解，3D打印的E-2發(fā)動機燃燒室由EOS集團旗下的AMCM制造，這個零件據(jù)稱是世界上最大的3D打印液體火箭發(fā)動機燃燒室單體部件。

Launcher公司于2017年在紐約布魯克林成立，是一家航空航天初創(chuàng)公司，他們開發(fā)的Rocket-1運載火箭高20米（65英尺）長，可以將重達773千克（1,704磅）的衛(wèi)星傳送到低地球軌道。

最初，該公司與EOS合作，于2018年用銅合金3D打印其E1概念驗證發(fā)動機的底座，E-1發(fā)動機是Launcher的第一代液氧冷卻燃燒室。后來，Launcher于2019年開發(fā)了液氧和煤油E-2發(fā)動機，并選擇與AMCM合作為發(fā)動機生產(chǎn)3D打印燃燒室。E-2發(fā)動機采用高性能銅合金3D打印，高度為860毫米（34英寸），出口噴嘴直徑為410毫米（16英寸），進入軌道所需的推進劑更少，從而使發(fā)射器每枚火箭可以運載更多的衛(wèi)星貨物，其價格比競爭對手更低。

Launcher在2019年11月5日（空軍太空日）獲得美國空軍太空與導彈系統(tǒng)中心（SMC）的150萬美元獎勵。

△在美國空軍太空日，Launcher獲得了150萬美元的獎勵。 （注：照片是在獎勵升級到150萬美元之前拍攝的）

AMCM將在2019年Formnext 11.1號展館C49展位上展示全尺寸Launcher E-2燃燒室模型。

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更多3D打印火箭公司

其他利用3D打印到達軌道的私人航空航天公司包括埃隆·馬斯克（Elon Musk）的SpaceX， 該公司正在使用3D打印零件來支持其私人太空探索計劃。

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