他急了！“胖五”背著“嫦娥”奔月了，NASA大力發(fā)展定向能量沉積技術

來源：3D打印研究院

11月24日4時30分，我國在中國文昌航天發(fā)射場，用長征五號遙五運載火箭成功發(fā)射探月工程嫦娥五號探測器，正式開啟我國首次地外天體采樣返回之旅。隨后，美國國家航空航天局（NASA）在其官方推特賬號上對中國航天取得的新突破進行了點評。

譯：隨著嫦娥五號的發(fā)射升空，中國開始努力加入美國和前蘇聯(lián)獲取月面樣本的行列。我們希望中國和全球科學界分享中國探月工程所獲的數(shù)據(jù)，以增進我們對于月球的了解，就像美國阿波羅計劃和阿爾忒彌斯計劃所做的那樣。

那么，NASA正在憋什么大招呢？

定向能量沉積技術（DED）可以產(chǎn)生大型結構，例如這些發(fā)動機噴嘴

（圖源：NASA）

據(jù)報道，NASA計劃在2024年通過“獵戶座”宇宙飛船，將第一位女性和一位男性送入月球，并在十年內建立可持續(xù)的探索。該宇宙飛船裝載了SLS火箭發(fā)射系統(tǒng)。

NASA報告稱，他們正在尋求通過RAMPT技術項目（快速分析和制造推進技術項目）將大規(guī)模金屬增材制造納入其未來火箭發(fā)動機的設計和制造中。

NASA希望通過利用定向能量沉積技術（以下簡稱“DED技術”）來降低制造大型復雜發(fā)動機部件（例如噴嘴和燃燒室）的成本和縮短交貨時間。

與傳統(tǒng)焊接方法將近一年的時間相比，該噴嘴的制造時間僅為三十天，而由于技術的飛速發(fā)展，其制造完成時間比計劃的提前了一年。

“傳統(tǒng)制造噴嘴是一個具有挑戰(zhàn)性的過程，而且可能需要很長的時間，”NASA馬歇爾太空飛行中心RAMPT首席研究員Paul Gradl稱。“DED技術使我們能夠創(chuàng)建具有復雜內部特征的超大型部件，這是以前不可能實現(xiàn)的。我們能夠顯著減少與通道冷卻噴嘴和其他關鍵火箭組件的制造相關的時間和成本�！�

SLS計劃液體發(fā)動機辦公室經(jīng)理Johnny Heflin說：“使用這種新型的增材制造技術生產(chǎn)通道壁噴嘴和其他組件將使我們能夠以所需的規(guī)模制造SLS發(fā)動機，不僅加快了進度，而且降低了成本。”

“DED技術的意義重大，它使我們能夠用比過去更低的價格生產(chǎn)出更復雜、更昂貴的火箭發(fā)動機零件，”為RAMPT項目提供資金的NASA的經(jīng)理Drew Hope說。NASA認為DED技術有望在其最重視的勘探任務中發(fā)揮關鍵作用，所以對DED技術和材料開發(fā)方面進行了大量的投資。


根據(jù)GB/T 35351-2017《增材制造術語》中定義，DED技術全稱“定向能量沉積技術”（directed energy deposition)利用聚焦熱能將材料同步熔化沉積的增材制造工藝。聚焦熱能是指將能量源（例如：激光、電子束、等離子束或電弧等）聚焦，融化要沉積的材料。

DED技術是讓粉末噴嘴和激光光學系統(tǒng)集成在一個打印頭中，安裝在機器人上，并按照由計算機一次構建的一層確定模式移動。

（DED工藝示例）

據(jù)拉夫堡大學研究，DED是一種更為復雜的3D打印技術，通常用于修復或向現(xiàn)有組件添加其他材料。典型的DED設備通過安裝在多軸臂上的噴嘴將熔化的材料沉積到指定的表面上，并在該表面上固化。

該過程在原理上與材料擠壓相似，但是噴嘴可以在多個方向上移動，并且不固定在特定的軸上�？梢酝ㄟ^4軸和5軸機器從任何角度進行沉積的材料，在沉積時都會用激光或電子束熔化。該方法可用于聚合物，陶瓷，但通常與金屬一起使用，呈粉末或金屬絲形式。

DED技術的優(yōu)勢：
比起傳統(tǒng)鍛造技術，DED技術擅長大型結構件的制造，如飛機結構件一體化制造（翼身一體）、重大裝備大型鍛件制造（核電鍛件）、難加工材料及零件的成形、高端零部件的修復（葉片、機匣的修復）等領域，目前，該技術已經(jīng)用于金屬零件修復以及航空航天、國防、化工領域的復雜大型金屬零件快速成型制造。


DED技術的相關標準：
ASTM F3187-16《金屬直接能量沉積指南》
ASTM F3413−2019《增材制造 - 設計指南 -定向能量沉積》
ASTM WK69730《增材制造規(guī)范-定向能量沉積（DED）增材制造用絲材》（起草中)
ASTM WK69731《增材制造指南-定向能量沉積（DED）增材制造工藝用無損檢測（NDT）》（起草中)
ASTM WK69732《增材制造指南-電弧送絲增材制造》（起草中)
AMS7004《基板上等離子弧定向能量沉積增材制造成形Ti6Al4V鈦合金預成形體（去應力態(tài)）》
AMS7005《等離子弧熔絲定向能量沉積增材制造工藝》
AMS7010《激光熔絲定向能量沉積增材制造工藝》
AMS4999A《退火態(tài)Ti6Al4V鈦合金直接沉積制件》
AMS7029《電弧送絲定向能量沉積(AW-DED)工藝》（起草中）
AMS7034《激光電弧混合定向能量沉積（HLA-DED）》（起草中）