NASA將會使用大型3D打印技術來制造未來的火箭發(fā)動機

來源：江蘇激光聯(lián)盟

NASA將會使用大型3D打印技術來制造未來的火箭發(fā)動機，目前已經(jīng)經(jīng)過測試的兩種部件，銅合金燃燒室和使用高強耐氫的鋼制造的噴嘴在2020年的火星探索實驗中進行了使用。

未來的火箭發(fā)動機將會使用大型3D打印技術來制造

送粉式能量直接沉積技術可以制造大體積的部件——諸如火箭的發(fā)動機噴嘴

圖解： 同傳統(tǒng)的制造工藝相比較，不僅部件價格便宜，而且制造速度快，

美國NASA的阿爾忒彌斯計劃（英文：Artemis Program，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布了一項280億美元的宏偉計劃，在2024年將首位女性和第二位男性宇航員送上月球），該項計劃打算為人類在火星上居住做準備。而增材制造技術，或者說是3Da打印技術，是NASA比較精通的一項技術，在工業(yè)界和學術界都是比較活躍的一種用來打印火箭部件的技術，打印的部件將為這些登陸火星作準備。

NASA的快速分析和制造推薦技術項目，正在開發(fā)這一先進的增材制造技術來及逆行3D打印火箭的發(fā)動機部件，采用激光和粉末來進行。這一技術，稱之為噴送粉末直接能量沉積，可大大減小制造成本和減少制造大型，復雜的發(fā)動機部件如噴嘴和燃燒室的制造周期。

這一技術的先進性是非常明顯地，它會允許我們制造起來非常難困難和非常昂貴的火箭部件，且可以實現(xiàn)同過去相比，以低成本的方式來實現(xiàn)制造。此外，它還將使得公司和啊航天工業(yè)可以制造出一樣的產(chǎn)品和應用這一技術來制造醫(yī)療，傳輸工具和基礎設施等。

該打印技術噴射金屬粉末到激光加熱造成的熔池中或者熔融金屬中。噴送的粉末和激光鏡片組合在一起形成金屬打印的激光頭。這一打印的激光頭連接在機器人手臂上，然后按照程序實現(xiàn)設計好的路徑來層層堆積。

噴粉能量直接沉積3D打印技術的工作狀態(tài)圖

該制造技術具有許多的優(yōu)勢，例如可以制造大型的部件，不再受限于制造時的尺寸。該技術同時可以大型形狀比較復雜的部件，包括發(fā)動機的帶內(nèi)冷卻通道的噴嘴。火箭發(fā)動機的噴嘴是包含內(nèi)冷卻通道的，可以讓低溫火箭燃料推進劑通過其內(nèi)的通道來保證噴嘴在安全的溫度進行工作。

含內(nèi)冷卻通道的復雜的火箭噴嘴設計——可以采用噴粉能量直接沉積技術進行制造。噴嘴的壁和內(nèi)通道的厚度只有幾張紙的厚度

采用傳統(tǒng)工藝制造發(fā)動機噴嘴是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作，并且還會花費很長的時間。噴粉能量直接沉積增材制造技術可以允許我們制造大尺寸的復雜形狀的具有內(nèi)冷卻通道的部件，這在以前幾乎是不可能的。我們可以顯著地減少制造時間和制造成本，同時可以非常容易的制造出內(nèi)冷卻通道的噴嘴和其他關鍵的火箭部件。

目前他們已經(jīng)使用噴粉能量直接沉積增材制造技術制造了大型尺寸的NASA火箭發(fā)動機噴嘴，經(jīng)過測量，其直徑為40英寸，高度為34英寸，具有完全的內(nèi)冷卻通道。這一噴嘴的制造時間只有30天的時間，在以前，采用傳統(tǒng)焊接制造技術則需要至少一年。采用噴粉能量直接沉積增材制造技術的交割完成任務的時間比預期還早了一年的時間。這一目標在2020年已經(jīng)完成

目前采用這一技術，保證了NASA的航天系統(tǒng)的發(fā)射，太空飛船和深空探測任務的完成。包括輸送首位女性另外兩名男性在2024年之前進行登月，以及建立可持續(xù)的空間生存居住站。目前他們正在開展使用噴粉能量直接增材制造技術打印的航天部件的認證工作。目前該技術團隊正在構建和評估采用該技術打印的直接為5英尺，高度為7英尺的帶有內(nèi)冷卻通道的噴嘴。

使用這一新型的噴粉能量直接沉積技術來制造噴嘴的內(nèi)壁和其他部件，將會使得航天系統(tǒng)制造的部件可以在原計劃的周期內(nèi)提前完成并減少成本。

經(jīng)過一系列嚴苛的熱火焰測試，工程師們將會經(jīng)受分量表版本的噴嘴在同樣的 6,000°的燃燒室的溫度中和持續(xù)的壓力下進行測試，這是實際的火箭發(fā)動機部件在發(fā)射時要經(jīng)受和耐久性考驗和性能測試。

粉能量直接沉積增材制造的銅合金燃燒室和使用高強耐氫的鋼制造的噴嘴正在進行熱火焰測試

某型號的火箭發(fā)動機噴嘴的結構圖

未來的登月裝備將會配備3D打印的火箭發(fā)動機部件，這將大為降低制造的成本和減少制造時間。NASA正在積極的投資這一技術，這一技術，在不久的將來，將使登月變成現(xiàn)實。

經(jīng)過熱火焰驗證測試， NASA 已經(jīng)證明兩種噴粉能量直接沉積增材制造的火箭發(fā)動機產(chǎn)品——銅合金燃燒室和使用高強耐氫的鋼制造的噴嘴——經(jīng)過了傳統(tǒng)制造技術可以通過的飛行的極端傳統(tǒng)燃燒室的測試。