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3D打印開啟了下一代經(jīng)濟性的火箭發(fā)動機制造之路

發(fā)布時間：2022-08-14 10:27:19瀏覽：7016點贊：

北京時間5 月 31 日

，SpaceX 最新的載人龍飛船在美國肯尼迪航天中心39A發(fā)射臺成功發(fā)射

，在全球觀眾的注視下

，載著兩名宇航員前往國際空間站

。執(zhí)行此次飛行任務(wù)的是兩名資深宇航員鮑勃·本肯 (Bob Behnken)

、道格·赫爾利 (Doug Hurley）

。

而值得業(yè)界關(guān)注的是

，獵鷹9號火箭和龍飛船2號大量使用了3D打印技術(shù)。正如《3D打印與工業(yè)制造》一書中談到的

，3D打印技術(shù)已成為航天制造機構(gòu)搶灘下一代經(jīng)濟性

、可重復(fù)利用火箭發(fā)動機的重要“籌碼”。國際上這些商業(yè)化航天企業(yè)在高性能火箭發(fā)動機部件制造中大膽嘗試著3D打印技術(shù)

。

這使得人們不僅好奇，3D打印在催生商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了怎樣的四兩撥千斤的作用

？國內(nèi)外目前的進展怎樣

？

3D打印新技術(shù)催生設(shè)計與制造一體化的商業(yè)新生代

摩根士丹利（Morgan Stanley）估計，到 2040年

，全球航天產(chǎn)業(yè)的收入將從目前的 3,500億美元發(fā)展到超過1萬億美元的市場規(guī)模

。

3D打印開啟了下一代經(jīng)濟性的火箭發(fā)動機制造之路

。3D打印對于火箭的制造是顛覆性的，這體現(xiàn)在從設(shè)計到供應(yīng)鏈和庫存管理

，再到質(zhì)量控制等各個環(huán)節(jié)

。

l 國際

Relativity Space

Launcher

初創(chuàng)的航天企業(yè)Launcher 與合作伙伴3T、EOS 也開發(fā)了3D打印銅合金火箭發(fā)動機部件

，3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以減少發(fā)動機零件數(shù)量

，縮短開發(fā)時間，并且更加易于制造復(fù)雜功能集成的部件

。

Launcher開發(fā)的銅合金3D打印推力室

發(fā)動機點火測試

Launcher 開發(fā)的3D打印銅合金（Cucrzr）發(fā)動機部件就集成了復(fù)雜冷卻通道

，這一設(shè)計將使發(fā)動機冷卻效率得到提升。

NASA video-2視頻：Launcher開發(fā)的銅合金3D打印推力室

Rocket Lab

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究

，近日

，Rocket Lab所獲批的專利US10527003B1(授權(quán)日2020年1月7日），詳細的披露了Rocket Lab通過增材制造工藝來制造火箭推力室

、用于火箭發(fā)動機的噴射器和渦輪泵

。

Rocket Lab所獲批的專利US10527003B1(授權(quán)日2020年1月7日）

Rocket lab的專利確定使用增材制造技術(shù)用于渦輪泵組件生產(chǎn)可以極大地簡化這種系統(tǒng)的組裝，通過選區(qū)金屬熔化工藝來制造各種部件將大大降低這種系統(tǒng)的組裝復(fù)雜性

。

3D打印-增材制造技術(shù)允許形成復(fù)雜的幾何形狀

，而使用傳統(tǒng)的減材加工技術(shù)或鑄造/注射成型技術(shù)很難或不可能實現(xiàn)。3D打印技術(shù)的這種靈活性在火箭發(fā)動機設(shè)計領(lǐng)域提供了獨特的機會

。

l 國內(nèi)

零壹空間

2018年5月17日

，零壹空間自主研發(fā)的OS-X火箭“重慶兩江之星”成功點火升空。這也是中國首枚“民營自研商用亞軌道火箭”

，開創(chuàng)了中國商業(yè)航天歷史上的嶄新起點

。

零壹空間所獲批的內(nèi)嵌點火裝置的主動冷卻式針?biāo)▏娮⑵鲗＠鸆N 109630319A

深藍航天

2019年11月，中國的深藍航天液氧煤油發(fā)動機再次進行了推力室長程試車

，取得圓滿成功

。在推力性能方面，深藍航天對主要功能部件進行優(yōu)化設(shè)計

，大量采用3D打印工藝

，實現(xiàn)了國內(nèi)液氧煤油火箭發(fā)動機推力室效率從95%到99%的技術(shù)跨越，達到了國際先進水平

。

據(jù)悉

，發(fā)動機噴注器殼體和推力室身部兩個零件為金屬3D打印，發(fā)動機噴注器殼體和推力室身部均為航天發(fā)動機關(guān)鍵零部件

，零件內(nèi)部有百余條冷卻流道

。

星際榮耀

星際榮耀所獲批的總裝結(jié)構(gòu)、火箭發(fā)動機

、液體火箭專利CN209838557U

渦輪盤

、液體火箭打洞機

、液體火箭專利CN210105926U

與傳統(tǒng)的電火花等加工工藝相比，在兩級葉片的間距過小或同級葉片間的排列緊密時

，傳統(tǒng)的工藝受操作空間以及加工精度等的影響

，這種緊湊的渦輪盤難以加工。根據(jù)魔猴網(wǎng)的市場觀察

，星際榮耀通過增材制造一體成型技術(shù)可十分方便的加工出上述緊湊型的渦輪盤

，加工過程簡單，時間短

。

根據(jù)魔猴網(wǎng)的市場研究

，星際榮耀致力于研發(fā)的發(fā)動機包括在低成本、可回收方面極具競爭力的液體發(fā)動機

。除此之外

，星際榮耀還在研發(fā)姿軌控動力系統(tǒng)，相關(guān)部件包括單組元推力室

、雙組元推力器

、切破式電爆閥。

其他

Review

金屬3D打印已經(jīng)成為航空和航空航天領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)

，因為它的優(yōu)勢與該行業(yè)的關(guān)鍵需求保持一致

，包括減輕重量、節(jié)省燃料

、提高運營效率

、部件整合、加速上市時間和減少對零部件的存儲要求

。

3D打印可以將原本通過多個構(gòu)件組合的零件進行一體化打印

，這樣不僅實現(xiàn)了零件的整體化結(jié)構(gòu)，避免了原始多個零件組合時存在的連接結(jié)構(gòu)（法蘭

、焊縫等）

，也可以幫助設(shè)計者突破束縛實現(xiàn)功能最優(yōu)化設(shè)計。一體化結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)除了帶來輕量化的優(yōu)勢

，減少組裝的需求也為企業(yè)提升生產(chǎn)效益打開了可行性空間

。

此外，金屬3D打印可以讓打印部件達到傳統(tǒng)方式無法達到的薄壁

、尖角

、懸垂、圓柱等形狀的極限尺寸

，讓產(chǎn)品設(shè)計師有了更大的發(fā)揮空間

。在進行飛行器中的復(fù)雜零部件設(shè)計時，設(shè)計師由過去以考慮零部件的可制造性為主，轉(zhuǎn)變?yōu)樵霾脑O(shè)計思維下的實現(xiàn)零部件功能性為主

。

由此出發(fā)，3D打印開啟了下一代經(jīng)濟性的火箭發(fā)動機制造之路

。3D打印對于火箭的制造是顛覆性的

，這體現(xiàn)在從設(shè)計到供應(yīng)鏈和庫存管理，再到質(zhì)量控制等各個環(huán)節(jié)

。

而想像從未有過的設(shè)計

，成就從未存在過的產(chǎn)品，在這方面

，安世亞太提出的正向設(shè)計完整解決方案

，從以需求出發(fā)的架構(gòu)性和顛覆性創(chuàng)新為基礎(chǔ)，設(shè)計創(chuàng)新方法論及軟件支持在產(chǎn)品全研發(fā)周期完成創(chuàng)新閉環(huán)

。

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、新性能，3D打印推動下

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