Rocket Lab使用90噸3D打印機制造“世界上最大的”碳復(fù)合材料火箭

2024年10月22日，南極熊獲悉，加州航天發(fā)射公司Rocket Lab正在使用一臺 90 噸重的 3D 打印機建造據(jù)稱“歷史上最大的碳復(fù)合材料火箭結(jié)構(gòu)”。

據(jù)報道，Rocket Lab公司的3D 打印機是一臺定制的自動纖維鋪放 (AFP) 機，是世界上同類系統(tǒng)中最大的。該機器人 3D 打印機由美國Electroimpact 公司制造，高 39 英尺（12 米），每分鐘可鋪放328 英尺（100 米）連續(xù)碳纖維復(fù)合材料。

Rocket Lab 已在位于馬里蘭州Middle River 的空間結(jié)構(gòu)綜合設(shè)施中安裝了大型 AFP 機器。該機器旨在自動生產(chǎn)該公司可重復(fù)使用的中子運載火箭的所有主要復(fù)合結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)包括 91 英尺（28 米）級間和整流罩的面板、22.9 英尺（7 米）直徑的第一級和16.4 英尺（5 米）直徑的第二級儲罐。

據(jù) Rocket Lab 介紹，使用傳統(tǒng)的手工方法建造第二級圓頂需要數(shù)周時間，而 AFP 機器只需 24 小時便可完成。據(jù)預(yù)測，使用 AFP 技術(shù)建造火箭結(jié)構(gòu)將節(jié)省超過15 萬小時。

Rocket Lab 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官彼得·貝克爵士評論道：“當(dāng)我們建造世界上最大的碳復(fù)合材料火箭時，我們需要世界上第一臺碳復(fù)合纖維鋪放機是理所當(dāng)然的。我們將結(jié)合我們專有的經(jīng)過飛行驗證的碳復(fù)合材料技術(shù)、增材制造和自主機器人技術(shù)，設(shè)計和制造大型航空航天部件，其速度不僅可以支持中子的發(fā)射節(jié)奏，還可以支持我們的航天器客戶的電子和碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)�！�

RocketLab 的 90 噸自動纖維鋪放 (AFP) 機。照片來自 Rocket Lab。

3D 打印“世界上最大的”碳復(fù)合材料火箭

AFP 機器可以橫向移動 98 英尺（30 米），逐層向不同方向鋪設(shè)碳纖維板，直到結(jié)構(gòu)完全制造完成。該系統(tǒng)的高速對于Rocket Lab 大型發(fā)射裝置部件的生產(chǎn)至關(guān)重要，這些部件面積達數(shù)千平方米，具有數(shù)百層碳纖維層。  

Rocket Lab的巨型 3D 打印機還配備了自動實時檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可監(jiān)控生產(chǎn)過程，并可在鋪設(shè)過程中檢測整個層壓碳復(fù)合材料的缺陷。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，系統(tǒng)會在添加下一層之前自動提醒操作員問題。這為 Rocket Lab 的中子發(fā)射器的質(zhì)量提供了額外的信心，幫助它滿足航空航天和航天工業(yè)的嚴格標(biāo)準(zhǔn)。

盡管 AFP 機器尺寸驚人，但它并不局限于大規(guī)模應(yīng)用。它還用于為 Neutron 3D 打印較小的碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。該可重復(fù)使用的發(fā)射器能夠?qū)?3,000 公斤的載荷送入近地軌道，旨在將衛(wèi)星基站運送到太空。

據(jù)報道，Neutron 將于明年首次發(fā)射，將成為世界上第一枚中型碳復(fù)合材料火箭。它由 Rocket Lab 的新型 3D 打印可重復(fù)使用火箭發(fā)動機 Archimedes 提供動力。這取代了該公司上一代3D 打印 Rutherford 發(fā)動機，后者采用電子束熔化 (EBM) 技術(shù)生產(chǎn)。

除了 Neutron，RocketLab 還利用 AFP 系統(tǒng)生產(chǎn)其 3D 打印發(fā)動機驅(qū)動的 Electron 火箭的第一級和其他經(jīng)過太空驗證的碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。這些包括航天器的面板和組件、太陽能電池板的基板、碳復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)和油箱以及其他客戶航空航天項目。

增材制造提高了航天火箭的生產(chǎn)能力

增材制造在太空火箭生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。今年早些時候，NASA 的 Paul Gradl 告訴 3D 打印行業(yè)，金屬 3D 打印在“火箭發(fā)動機開發(fā)和生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大作用”。

上個月，埃隆·馬斯克的火箭公司SpaceX宣布與 Velo3D 簽署了一份價值 500 萬美元的 3D 打印機許可協(xié)議。該協(xié)議是繼之前為SpaceX 提供 3D 打印機的合同之后達成的。值得注意的是，該公司在其 Raptor 發(fā)動機的生產(chǎn)中利用了增材制造技術(shù)。馬斯克最近聲稱，該公司擁有“最先進的 3D 金屬打印技術(shù)”。

今年早些時候，中國藍箭航天首次成功試射并著陸其可重復(fù)使用的朱雀三號 VTVL-1 火箭。據(jù)報道，這款火箭采用了一系列增材制造的部件，這些部件采用鉑力特(BLT) 的金屬 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)。這些部件包括接頭元件、點火器支架和復(fù)雜的自由體部分。據(jù)稱， 3D 打印的太空火箭部件大大縮短了整體生產(chǎn)時間，加快了交付速度，并支持快速開發(fā)迭代。

鉑力特3D 打印機還用于制造中國航空航天公司東方航天的重力一號 Y-1 商業(yè)運載火箭的部件。重力一號被稱為“世界上最大的固體火箭”，其各種部件均采用 BLT 的激光固體成型 (LSF) 技術(shù)制造。據(jù)報道，3D 打印這些部件克服了傳統(tǒng)制造方法存在的加工困難、生產(chǎn)周期長和材料利用率低等問題。