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3D打印技术:远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法

2020/09/16 作者:智造文记 来源:南极熊3d打印 点击:

  摘要:2020年9月,NASA发布了一则消息称,作为Artemis计划的一部分,美国宇航局正在将宇航员送回月球,在那里为人类对火星

南极熊注意到,2020年9月,NASA发布了一则消息称,作为Artemis计划的一部分,美国宇航局正在将宇航员送回月球,在那里为人类对火星的探索做准备。来自美国国家航空航天局、工业界和学术界的专家的3D打印技术,是远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法。

3D打印技术:远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法

△点火测试的金属3D打印火箭发动机

NASA的快速分析和制造推进技术项目(RAMPT)正在推进使用金属粉末和激光,对火箭发动机零件进行3D打印技术的开发。这是一种被称为送粉定向能量沉积法(blown powder directed energy deposition),支持多种金属材料同时打印,可以降低生产大型复杂发动机部件(如喷嘴和燃烧室)的成本和交货时间。旧的3D打印技术不具备这种大规模生产应用的能力。

3D打印技术:远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法

△一体化多金属复合材料外包裹推力室组件的中心,是由3D打印的整体通道式铜燃烧室组成。

中心室使用NASA以前开发的GRCop42或GRCop84铜合金增材制造技术制造。然后使用双金属3D打印技术将双金属接头(界面)建立在腔室的喷嘴端。结果是在腔室和界面之间形成牢固的结合,并在铜合金的喷嘴端部适当扩散。双金属界面是自由形式的可重复使用喷嘴的基础。送粉定向能量沉积工艺(DED),3D打印出带有用于冷却剂流动的整体通道的可重复利用喷嘴。冷却剂回路通过使用径向熔覆操作添加的整体歧管封闭。为了完成TCA(蓄冷式推力室),整个组件(包括燃烧室和可重复利用喷嘴)都用复合材料外包装包裹,能够承受所需的压力和温度负荷。

3D打印技术:远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法

快速分析和制造推进技术(RAMPT)项目,促进新颖的设计和制造技术更加成熟,扩大规模,大幅降低成本并提高蓄冷式推力室组件的性能,特别是用于政府和航天计划的燃烧室和喷嘴。解决发动机系统中最高的成本和最重的部件的一系列问题。RAMPT的目的是开发一种集成的多合金轻质推力室组件,可大规模应用金属3D打印技术,降低成本、加快进度,并突破之前无法实现的设计。通过公私合作利用政府和行业的投资,推进过程开发数据和技术改进。同时还寻求建立美国供应链并开发专门的技术供应商,以供所有感兴趣的行业合作伙伴和政府机构使用。将发展综合的专业流程开发,材料表征以及硬件开发和测试,让整套技术更加成熟。

3D打印技术:远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法

△送粉定向能量沉积金属3D打印过程

金属3D打印火箭发动机零件的优势

降低制造复杂性:坚固的一体化结构,意味着无接头,无焊缝

与目前的燃烧室相比,重量减轻了40%:采用多种材料和复合材料外包裹可优化性能并减轻重量

提高安全性和可靠性:消除接头可减少潜在的泄漏源

减少热应力:金属3D打印技术使不同材料之间的热膨胀系数差异最小化

改进的金属/复合材料粘结:金属腔室外部的设计表面特征,使粘结能够与复合材料外包裹层热隔离

3D打印技术:远程星际旅行制造火箭零件的开创性方法

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