NASA開發(fā)出DED 3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件，為阿特米斯月球任務(wù)提供動(dòng)力

2020年9月18日，南極熊獲悉，美國(guó)宇航局（NASA）開發(fā)出3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件，作為 "阿特米斯 "項(xiàng)目的一部分，將宇航員送到月球，并為未來(lái)的火星任務(wù)做準(zhǔn)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(jìn)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(dòng)機(jī)部件的周期和成本。

NASA經(jīng)理Drew Hope說(shuō)："這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步意義重大，因?yàn)樗�使我們能夠以比過(guò)去更低的價(jià)格生產(chǎn)出最困難和最昂貴的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)型3D打印工藝

美國(guó)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(biāo)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)的所有部件中，火箭推進(jìn)室的生產(chǎn)時(shí)間最長(zhǎng)，成本最高，也是最重的部件。

RAMPT通過(guò)與政府和行業(yè)伙伴合作，不僅降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，還開發(fā)了材料、硬件和測(cè)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(dān)了開發(fā)的相關(guān)成本，而且優(yōu)化了先進(jìn)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(qiáng)型DED 3D打印技術(shù)方面取得了重大進(jìn)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(gè)由吹粉噴嘴和激光光學(xué)元件組成的打印頭連接到機(jī)器人上，機(jī)器人在逐層的過(guò)程中制造部件。

利用這項(xiàng)新興技術(shù)，美國(guó)宇航局的科學(xué)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(dòng)機(jī)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(jì)地生產(chǎn)噴嘴，圖片來(lái)自NASA

具有內(nèi)部冷卻通道的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^(guò)溝槽運(yùn)行低溫推進(jìn)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(shí)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(guó)宇航局RAMPT聯(lián)合首席研究員Paul Gradl說(shuō)："以傳統(tǒng)方式制造噴嘴是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的過(guò)程，它可能需要很長(zhǎng)的時(shí)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(guó)宇航局已經(jīng)部署了新的DED 3D打印工藝，生產(chǎn)有史以來(lái)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(shí)間才能生產(chǎn)。

RAMPT項(xiàng)目的成功獲得了美國(guó)宇航局空間發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，現(xiàn)在，SLS團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃進(jìn)一步投資于增強(qiáng)型DED技術(shù)，以便為太空飛行的過(guò)程進(jìn)行認(rèn)證。未來(lái)，SLS團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是與RAMPT合作，制造并評(píng)估直徑達(dá)5英尺、高近7英尺的通道冷卻噴嘴。

△在RAMPT項(xiàng)目成功之后，NASA的SLS團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃將DED技術(shù)作為即將到來(lái)的Artemis任務(wù)的一部分，圖片來(lái)自NASA

NASA的增材航空工業(yè)伙伴關(guān)系

美國(guó)宇航局經(jīng)常與商業(yè)公司合作，制造增強(qiáng)型火箭部件，并推進(jìn)3D打印技術(shù)在整個(gè)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(gè)可以使用的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)2000磅的推力。

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

美國(guó)宇航局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）還使用美國(guó)軟件公司歐特克的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)建造了一個(gè)星際登陸器。