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透過(guò)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)核心技

發(fā)布時(shí)間：2022-07-17 11:05:55瀏覽：6964點(diǎn)贊：

3D打印液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)? Launcher

航空航天增材制造應(yīng)用發(fā)展方向

成就復(fù)雜精密的零件

Launcher E?2液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)針對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)和低成本進(jìn)行了優(yōu)化

，3D打印助力引擎達(dá)到了令人難以置信的技術(shù)水平：成就更高性能的液氧(LOX)和煤油(RP?1)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

。

從一開(kāi)始

，E?2就被設(shè)計(jì)成最高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)在小型衛(wèi)星發(fā)射器類中推力最大

，推進(jìn)劑最低消耗量和每磅推力的最低成本

。但是像E?2這樣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要使用同樣創(chuàng)新的技術(shù)

。為了幫助E?2從設(shè)計(jì)過(guò)渡到完全實(shí)現(xiàn)的部件

，Launcher在每個(gè)階段利用3D打印和增材制造(AM)開(kāi)發(fā)

，這有助于降低項(xiàng)目成本并優(yōu)化其設(shè)計(jì)大量生產(chǎn)

。

如果任何液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，到達(dá)軌道后

，渦輪分子泵是該項(xiàng)目中最具挑戰(zhàn)性的部分之一……或者至少是挑戰(zhàn)的一半

，用于分級(jí)燃燒的渦輪泵，由于封閉的循環(huán)

，挑戰(zhàn)的水平會(huì)增加

。

Launcher的工程師要求LOX泵的葉輪高度平衡，使其能夠以所需的30,000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)

，在低溫條件下

，同時(shí)運(yùn)輸液氧。3D打印的30,000 rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生大約在渦輪機(jī)產(chǎn)生1兆瓦的電力

，在這種類型環(huán)境

，在4000 psi的排放壓力下，任何異常

，包括轉(zhuǎn)子和定子之間的任何摩擦

，都可能導(dǎo)致計(jì)劃外的拆卸。

? Velo 3D & Launcher

之前

，為了避免使用難以移除的內(nèi)部支撐

，增材制造工程師被迫將葉輪傾斜一個(gè)角度以完成增材制造。這種傾斜

，旨在使零件可3D打印

，但通常會(huì)產(chǎn)生不平衡的幾何形狀，這對(duì)這種類型的組件是有害的

。3D科學(xué)谷了解到雖然這種方法可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)看起來(lái)像功能性葉輪的零件

，但以這種方式3D打印的金屬打印零件通常會(huì)變得拉長(zhǎng)或不圓，并且無(wú)法在最終產(chǎn)品所需的公差范圍內(nèi)進(jìn)行平衡。

? Velo 3D & Launcher

通過(guò)Stratasys的直接制造服務(wù)

，Launcher制造一個(gè)平衡良好的誘導(dǎo)葉輪

，它將加速并驅(qū)動(dòng)LOX進(jìn)入燃燒室，從而產(chǎn)生更大的流體流動(dòng)并最終為火箭提供更大的推力

。

通過(guò)集成兩個(gè)獨(dú)立的零件

，將誘導(dǎo)輪和葉輪合二為一，通過(guò)3D打印成為效率更高的零件

，打印材料是INCONEL?718

，是一種耐腐蝕材料，具有良好的液氧兼容性和出色的低溫下的機(jī)械強(qiáng)度

。

? Velo 3D & Launcher

硬件與軟件的組合實(shí)力

材料的反應(yīng)性越強(qiáng)在加工方面是另外一個(gè)挑戰(zhàn)

，例如與航空工業(yè)首選的鈦或其他合金，由于其高強(qiáng)度重量比

，可能的損壞就越大

。這是因?yàn)檠鯕夂蜌錃鈺?huì)在零件中產(chǎn)生高孔隙率水平，從而對(duì)強(qiáng)度和剛度特性產(chǎn)生負(fù)面影響

。

因此

，氣體調(diào)節(jié)很重要，因?yàn)闆](méi)有它

，用戶將獲得不太完美的結(jié)果

，這顯然不是航空航天等安全關(guān)鍵行業(yè)的選擇。在使用傳統(tǒng)系統(tǒng)時(shí)

，調(diào)節(jié)這種惰性氣體流量以跟上激光發(fā)射過(guò)程中產(chǎn)生的煙灰通常是一個(gè)問(wèn)題

。這會(huì)導(dǎo)致煙灰堆積會(huì)干擾傳遞到粉末床的能量，從而導(dǎo)致結(jié)果不一致

。

克服更常用的金屬3D打印遇到的問(wèn)題

，此案例中使用了Velo3D Sapphire?系統(tǒng)，憑借Velo3D固有的SupportFree?AM工藝

，克服了與常用金屬AM增材制造技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)和制造妥協(xié)

。

在取得積極成果后，零件經(jīng)過(guò)了磨料流加工工藝

，使流體流動(dòng)順暢

，還通過(guò)CNC數(shù)控進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)最終精度的精加工。該組件還經(jīng)過(guò)熒光處理

、滲透檢查和涂層以驗(yàn)證達(dá)到項(xiàng)目規(guī)范

。

像Launcher這樣的項(xiàng)目所面臨的部分挑戰(zhàn)是經(jīng)歷了如此多的建模、改進(jìn)和迭代的設(shè)計(jì)

。借助Velo3D及其Flow? 軟件和Sapphire?3D打印機(jī)之間的協(xié)同作用，Stratasys Direct能夠通過(guò)真正的端到端增材解決方案交付這些復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

由于在空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方面必須同時(shí)滿足卓越的耐用性和高溫工作的挑戰(zhàn)性要求

，飛機(jī)硬件尤其難以通過(guò)3D金屬打印的方式來(lái)制造

。VELO3D的技術(shù)能夠生產(chǎn)輕薄、復(fù)雜的設(shè)計(jì)部件

，滿足最苛刻工作條件下的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用要求

。

在國(guó)內(nèi)，所有的國(guó)際和國(guó)內(nèi)品牌都面臨著同樣殘酷的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)

，用戶在決策采購(gòu)3D打印設(shè)備的時(shí)候

，往往忽略了功能實(shí)現(xiàn)才是自己最終所關(guān)注的用戶價(jià)值所在，而是將設(shè)備商的硬件參數(shù)放在一起做比較

，在看似“同樣”的設(shè)備配置基礎(chǔ)上

，往往單純的去壓低設(shè)備商的價(jià)格。這是3D打印應(yīng)用端需要警醒的一個(gè)誤區(qū)

，更穩(wěn)定更智能的設(shè)備是創(chuàng)造產(chǎn)品的基礎(chǔ)

，忽略設(shè)備的軟性條件，這未免也將用戶自身的制造需求引入了另外一種誤區(qū)

，對(duì)產(chǎn)業(yè)的自身發(fā)展也是極為不利的

。

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