3D打印火箭：2020年的最新進展

在航天領域，應用3D打印技術來制造火箭正在變得流行起來，因為3D打印火箭具有不錯的效率和承載能力，2020年2月13日，南極熊注意到外媒總結了2020年3D打印火箭的最新進展！本文我們將一起來看看。

3D打印先進的火箭——改變航空航天業(yè)

這臺3D打印機由多個機械臂提供動力，這些機械臂能夠打印最終用途的金屬零件。

近年來太空產(chǎn)業(yè)似乎并沒有真正邁出任何大步伐。 然而，許多公司都在研發(fā)方面投入了天文數(shù)字的資金，希望在航天領域創(chuàng)造出下一個重大成就。 為此，3D打�。ㄒ卜Q為增材制造）的最新發(fā)展使其成為影響航空航天工業(yè)的最重要技術之一。

衛(wèi)星已經(jīng)成為科學家和工程師的主要關注點，它可以用于高級研究以及更多的商業(yè)用途，例如全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 但是，這些衛(wèi)星需要一種進入軌道的方法，而最好的方法仍然是使用火箭。 碰巧，制造火箭并將有效載荷發(fā)送到太空是一件非常昂貴的事情。

目前，將制造火箭的成本降至最低一直是業(yè)界的目標。 實現(xiàn)該目標的關鍵是使火箭更輕便，更省油，更便宜。 這就是3D打印的用武之地。

3D打印的優(yōu)勢

3D打印在火箭制造業(yè)務中的主要優(yōu)勢在于能夠減少零件數(shù)量并使生產(chǎn)線具有靈活性，而無需在制造每種設計之前就對專用工具進行數(shù)千萬甚至數(shù)億美元的投資。

火箭由成千上萬的零件組成，使其成為非常復雜的產(chǎn)品。 借助3D打印，可以大大減少火箭的零件數(shù)量，從而降低成本。 通過這種方式，我們正在進入具有成本效益的火箭制造和太空業(yè)務的新時代。

和我們在一起，探索3D打印火箭的最新，最激動人心的進步！

3D打印先進火箭——Relativity Space:3D打印整個火箭

3D打印火箭發(fā)動機Aeon 1（來源：Relativity Space）

Relativity Space是一家成立于2015年的公司，其目標是制造世界上第一枚完全3D打印火箭，稱為Terran 1。

該公司的主要目標是使用3D打印機，以盡可能減少火箭的零件數(shù)量，并使火箭的生產(chǎn)成為靈活的過程。

平均而言，火箭大約有50,000至100,000個零件，這使其與汽車一樣復雜。 Relativity Space已成功地將火箭上的零件數(shù)量減少到約1000個，從而大大降低了成本。

關于Relativity Space的詳細報道

Stargate 3D打印機

由于3D打印似乎是其項目的理想制造方法，因此Relativity不斷開發(fā)自己的3D打印機Stargate。 它是世界上最大的金屬3D打印機之一，并且負責Terran 1的大部分生產(chǎn)。

整個系統(tǒng)由三個機械臂組成，一個機械臂用于打印，另外兩個機械臂用于后處理。 所使用的技術是直接能量沉積，該方法是將金屬絲送入熔化區(qū)，然后擠壓成所需的形狀。 用外行的話來說，基本上是3D焊接。

螺母和螺栓

Relativity Space的創(chuàng)新不止于此，因為他們還投資了AI來監(jiān)控生產(chǎn)過程，從而以各種可能的方式使其變得更好，更高效。

Terran 1火箭的最大有效載荷為1,250公斤，由9臺Aeon 1發(fā)動機提供動力，這些發(fā)動機經(jīng)過3D打印，并使用液態(tài)甲烷和液態(tài)氧作為推進劑。

油箱也通過Stargate打印機3D打印。從外部看，該油箱看起來像一個簡單的結構，但實際上它由兩個內部油箱組成，因為每種推進劑都需要分開存放。由于Stargate打印機的大容積，該罐可以單件打印而沒有接縫，因此非常安全，避免了潛在的泄漏。

正如該公司網(wǎng)站所聲稱的那樣，他們的Stargate工廠能夠在60天內打印出Terran 1，將其從原材料一直帶到可飛行的車輛中。相比之下，常規(guī)火箭制造的交付周期通常超過一年！

Stargate 負責制造火箭結構和推進劑油箱，而較小的部件和發(fā)動機則在直接金屬激光燒結（DMLS）3D打印機上打印。

軌道測試定于2021年進行，而商用火箭的正式發(fā)射應在此后不久進行。

3D打印先進火箭——Orbex：世界上最大的3D打印火箭引擎

Orbex的3D打印引擎也是一件很棒的事情（來源：Orbex）

Orbex是一家總部位于英國的初創(chuàng)公司，專門開發(fā)衛(wèi)星運載火箭。 Orbex推出了該公司的環(huán)保火箭Prime，用于提供低成本的軌道發(fā)射服務，獲得了廣泛的媒體報道。 考慮到Orbex成立僅5年，這是一個了不起的成就。

為了使Orbex達到低成本軌道發(fā)射的目標，用可用的最佳材料制造輕型火箭非常重要。 盡管大多數(shù)火箭是由碳纖維，鋁和石墨烯復合材料制成的，但3D打印仍在Orbex中發(fā)揮著作用，它的作用是什么。

一場大的交易

Orbex的運載火箭由世界上最大的3D打印火箭發(fā)動機提供動力。 它在SLM Solutions 800機器上一次打印，無需多余的接頭。 它燃燒生物丙烷燃料，以確保盡可能降低碳排放量。

在撰寫本文時，Orbex的運載火箭即將于2021年首次發(fā)射。
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3D打印先進火箭——Rocket Lab：低地球軌道的小型衛(wèi)星

資料來源：YouTube的Rocket Lab

Rocket Lab是一家位于加利福尼亞的航空航天公司，致力于將小型衛(wèi)星送入低地球軌道。

最近，該公司推出了新的兩階段運載火箭Electron。 火箭本身由碳復合材料制成，以盡可能減輕重量， 最大有效載荷為225公斤。

Rocket Lab更有趣的方面之一是使用特殊的3D打印盧瑟福引擎。

什么是盧瑟福引擎？

以歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）的名字命名的盧瑟福發(fā)動機是一種使用氧氣和煤油作為推進劑的小型火箭發(fā)動機。 將易于生產(chǎn)的簡單設計與專業(yè)的電子束熔化（EBM）3D打印機相結合，可實現(xiàn)高效的成本削減設置。

Rocket Lab的3D打印盧瑟福引擎（來源：SpaceFlight Insider）

到目前為止，Rocket Lab已經(jīng)打印了100多個這樣的發(fā)動機，它們已經(jīng)成功完成了各種測試程序。 生產(chǎn)過程本身令人印象深刻（這是Rocket Lab所獨有的），每個火箭只需24小時。

話雖如此，可以說火箭實驗室正在努力實現(xiàn)釋放太空潛力的愿景。
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3D打印先進火箭——Launcher：高效引擎

測試Engine-1（來源：Launcher）

Launcher是一家位于布魯克林的新興公司，致力于開發(fā)世界上最高效的“小型火箭”，以將小型衛(wèi)星送入軌道。 他們的解決方案是Rocket-1，這是一枚20米長的火箭，配備了一組5臺Engine-2推進器，火箭的最大有效載荷能力為773千克。

為了為衛(wèi)星發(fā)射提供有競爭力的價格，火箭和發(fā)動機的生產(chǎn)成本必須盡可能低。 通過與EOS和AMCM合作，Launcher在其工作流程中實施了3D打印。

Engine-2

Engine-2具有世界上最大的一體式3D打印燃燒室，該燃燒室由粉末3D打印機上的銅合金一體成型。 一次打印所有零件使生產(chǎn)變得容易，因為不需要接縫。 這也使他們能夠開發(fā)出效率高達98％的推進器，這是一項了不起的成就。

該發(fā)動機使用煤油和液態(tài)氧作為推進劑，它有望提供22,000磅力（約97,860牛頓）的強勁推力。

3D打印先進火箭——Skyrora：塑料廢物到推進劑

3D打印機對于開發(fā)和生產(chǎn)都是至關重要的（來源：Instagram的Skyrora）

Skyrora是一家位于愛丁堡的公司，專注于衛(wèi)星發(fā)射。我們在文章中有幾家類似的公司，但是Skyrora憑借其創(chuàng)新的燃料添加方法引起了我們的注意。

Skyrora設法找到了一種方法，可以從塑料廢料中開發(fā)燃料，尤其是煤油。他們稱其為“二十碳烯”，燃燒時產(chǎn)生的氣體排放量減少約45％。

Skyrora從塑料廢料中提取燃料的過程引起了航天工業(yè)的廣泛關注。而且它變得更好，因為據(jù)稱該工藝能夠在創(chuàng)紀錄的24小時內從1,000公斤的塑料廢料中生產(chǎn)600公斤的煤油。

Skyrora開發(fā)了這種燃料來為其3.5 kN 3D打印引擎系統(tǒng)Leo提供動力，該系統(tǒng)有望在長度為22米的Skyrora XL火箭中找到自己的用途。 3D打印引擎系統(tǒng)還可以用于在火箭到達軌道后對其進行機動，因為它具有可以重新啟動的創(chuàng)新功能。


編譯自：all3dp