談3D打印與火箭制造：商業(yè)航天更適合廣泛應(yīng)用增材解決方案

早在2019年,，太空發(fā)射設(shè)備Launcher公司率先采用了3D打印來(lái)制造液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),，進(jìn)一步改善了來(lái)自 AMCM （EOS旗下公司）的設(shè)備,。今年初,，英國(guó)初創(chuàng)太空發(fā)射公司Orbex在社交媒體上宣布委托AMCM公司協(xié)助定制歐洲最大的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)進(jìn)行火箭制造，達(dá)到每年生產(chǎn)超過(guò)35個(gè)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和主級(jí)渦輪泵系統(tǒng)的內(nèi)部目標(biāo),。

最近,，總部位于佛羅里達(dá)州的金屬3D打印服務(wù)商Sintavia購(gòu)買了兩臺(tái)由德國(guó)AMCM公司打造的M4K－4金屬3D打印系統(tǒng)，以提升3D打印火箭零件的能力,。這臺(tái)機(jī)器是EOS M400-4的修改版本,，是原始EOS機(jī)器兩倍高度。

Sintavia公司的客戶需要以更優(yōu)化的方式打印大量航空航天大型金屬零件,。隨著兩臺(tái)M4K-4設(shè)備的加入,，該公司正在不斷擴(kuò)大增材制造設(shè)備陣容，Sintavia公司也成為北美第一家可以提供大批量增材制造金屬件服務(wù)的供應(yīng)商,。

Sintavia公司首席執(zhí)行官BrianNeff告訴TCT團(tuán)隊(duì)：“隨著公司的發(fā)展壯大,，我們已經(jīng)合并了一些適用于增材制造的零件類別，其中一類就是再生火箭推力室組件（TCA）,。目前市場(chǎng)上幾乎所有的推力室組件都是使用3D打印制造的,，包括傳統(tǒng)的模型。這是一個(gè)非常適合利用增材制造的零件,，因?yàn)樵偕�冷卻的工作方式非常類似于熱交換器,，是由內(nèi)部通道將冷的液體推進(jìn)劑流向熱的腔室�,！�

Sintavia目前的增材制造能力令大多數(shù)工程師羨慕不已,，公司已經(jīng)采購(gòu)了30多臺(tái)高速3D打印機(jī)，包括來(lái)自GEAdditive,、TRUMPF的設(shè)備,，還有8臺(tái)EOS的M400-4四軸激光打印機(jī),。Neff分享了公司進(jìn)入火箭制造領(lǐng)域所需的經(jīng)驗(yàn)和策略：因?yàn)榭蛻羝惹行枰獢U(kuò)大規(guī)模。

Neff解釋說(shuō)：“目前設(shè)備因高度問(wèn)題而存在局限性,。之前使用增材制造的通用基本方式是打印兩到三個(gè)部件,，再把它們焊接在一起,。而現(xiàn)在,，M4K允許我們將每個(gè)推力室組件制造為一個(gè)整體：把噴射器、槍管和噴嘴作為一個(gè)整體來(lái)制造,。以前單純打印兩個(gè)零件焊接的方法會(huì)影響火箭的性能,，因?yàn)闊o(wú)法在推力室組件內(nèi)達(dá)到冷卻，必須在后期處理中把它們連接起來(lái),。我認(rèn)為M4K的出現(xiàn)打破了規(guī)則,，特別是對(duì)于火箭推進(jìn)行業(yè)，因?yàn)槲覀兛梢灾匦略O(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)組件來(lái)消除任何類型的法蘭,�,！�

據(jù)AMCM公布的數(shù)據(jù)顯示，Launcher的E-2發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室從一開(kāi)始就被設(shè)計(jì)為 "具有增材制造功能的燃燒室",，將 Neff 描述的優(yōu)點(diǎn)集中到一個(gè)結(jié)構(gòu)中,。利用同樣的優(yōu)勢(shì)，Sintavia采購(gòu)的 M4K-4 打印450mm x 450mm x 1000mm的TCAs和其他熱動(dòng)力部件和機(jī)翼,。

M4K-4 被定義為 EOSM400-4 的“延伸擴(kuò)大”版本,，因?yàn)樗�具備更大的成型尺寸、更�?qiáng)大的激光器和更優(yōu)化的冷卻系統(tǒng),。M4K-4交付后,，Sintavia公司計(jì)劃將用于處理高性能銅和鎳合金。

當(dāng)然,，成型尺寸也需要謹(jǐn)慎考慮,，AMCM與TCT分享了如何通過(guò)精確的模擬工具來(lái)抵消制造過(guò)程中的高溫導(dǎo)致的工件變形。Neff相信Sintavia有能力滿足客戶的各種需求,。

Neff闡述道：“商業(yè)航天正在推動(dòng)增材制造技術(shù)在航空器上更廣泛地應(yīng)用,，這是非常好的現(xiàn)象。雖然商業(yè)航天所代表的火箭發(fā)射業(yè)務(wù)市場(chǎng)與商用航空市場(chǎng)相比,，仍然非常小,。但商用航空由于涉及適航認(rèn)證等各種環(huán)節(jié)，采用增材制造技術(shù)的進(jìn)程還是非常緩慢,。"

商業(yè)航天行業(yè)的客戶要求用更少的傳統(tǒng)連接步驟制造TCA,，優(yōu)化再生冷卻通道，他們迫切希望壓縮交貨時(shí)間,，所以3D打印解決方案就有了機(jī)會(huì),。Neff認(rèn)為,，這些優(yōu)勢(shì)的結(jié)合是至關(guān)重要的。

Neff最后總結(jié)道：“讓我們暢想一下未來(lái),，人類在探索外太空時(shí),，總不可能去火星上造一個(gè)鑄造廠，而是會(huì)選擇使用3D打印,，嘗試用太陽(yáng)能和月球塵埃進(jìn)行打印,。當(dāng)公司朝這個(gè)方向去做市場(chǎng)營(yíng)銷時(shí)，也在對(duì)市場(chǎng)證明：我們可以在地球完成打印,，也可以在太空中做這件事,。我個(gè)人認(rèn)為這是一件非常酷的事,。"