NASA开发出DED 3D打印火箭发动机部件,为阿特米斯月球任务提供动力

3D打印快讯
2020
09/18
14:13
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2020年9月18日,南极熊获悉,美国宇航局(NASA)开发出3D打印的火箭发动机部件,作为 "阿特米斯 "项目的一部分,将宇航员送到月球,并为未来的火星任务做准备。
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NASA优化了粉末定向能量沉积(DED)技术,用于制造多种大型部件。这种先进的打印工艺使NASA大大缩短了生产喷嘴和燃烧室等复杂发动机部件的周期和成本。
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NASA经理Drew Hope说:"这项技术进步意义重大,因为它使我们能够以比过去更低的价格生产出最困难和最昂贵的火箭发动机部件。它将允许航空航天工业内外的公司也这样做,并将这种制造技术应用于医疗、交通和基础设施行业。"

NASA基于DED的增强型3D打印工艺

美国航天局制定了RAMPT( Rapid Analysis and Manufacturing Propulsion Technology )方案,以开发新的制造技术,总体目标是提高推力室组件的规模和性能。目前,在构成NASA火箭发动机系统的所有部件中,火箭推进室的生产时间最长,成本最高,也是最重的部件。
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RAMPT通过与政府和行业伙伴合作,不仅降低了发动机的成本,还开发了材料、硬件和测试的一体化专业供应链。

RAMPT正在与一些制造企业一起开发商业3D打印技术。这样的合作关系不仅让RAMPT分担了开发的相关成本,而且优化了先进的增材制造技术,以便在其他行业内使用。
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最近,RAMPT在开发增强型DED 3D打印技术方面取得了重大进展,能够制造出众多火箭部件。这种打印方法的工作原理是将金属粉末注入激光加热的熔池中。然后,将一个由吹粉喷嘴和激光光学元件组成的打印头连接到机器人上,机器人在逐层的过程中制造部件。
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利用这项新兴技术,美国宇航局的科学家们能够制造出比以前大得多的部件,而这些部件只受制于制造它们的房间大小。新的DED工艺还被证明能够制造高度复杂的部件,如带有内部冷却剂通道的发动机喷嘴。

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△利用新的基于DED的3D打印技术,NASA能够比以前更快速、更经济地生产喷嘴,图片来自NASA

具有内部冷却通道的火箭发动机喷嘴具有优势,因为它们可以通过沟槽运行低温推进剂,以帮助保持设备的安全温度。DED打印的任务关键部件的制造时间也更短,与使用传统制造方法创建的部件相比,生产成本大大降低。

美国宇航局RAMPT联合首席研究员Paul Gradl说:"以传统方式制造喷嘴是一个具有挑战性的过程,它可能需要很长的时间,DED增材制造使我们能够制造出具有复杂内部特征的大尺寸部件,这在以前是不可能的。"
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美国宇航局已经部署了新的DED 3D打印工艺,生产有史以来最大的喷嘴。喷嘴直径为40英寸,高38英寸,具有完全集成的冷却通道,仅用了30天就制造完成。相比之下,如果使用传统的焊接技术,需要整整一年的时间才能生产。

RAMPT项目的成功获得了美国宇航局空间发射系统(SLS)火箭团队的关注,现在,SLS团队正计划进一步投资于增强型DED技术,以便为太空飞行的过程进行认证。未来,SLS团队的目标是与RAMPT合作,制造并评估直径达5英尺、高近7英尺的通道冷却喷嘴。

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△在RAMPT项目成功之后,NASA的SLS团队正计划将DED技术作为即将到来的Artemis任务的一部分,图片来自NASA

NASA的增材航空工业伙伴关系

美国宇航局经常与商业公司合作,制造增强型火箭部件,并推进3D打印技术在整个航空业的应用。

去年5月,NASA与卫星发射公司Virgin Orbit合作,制作了一个可以使用的3D打印火箭发动机燃烧室。该铜质部件在马歇尔太空飞行中心(MSFC)成功完成了试射,提供了高达2000磅的推力。

在与航空航天制造商波音公司的合作中,美国宇航局使用3D打印技术对其 "阿特米斯 "深空火箭中较脆弱的部件进行绝缘。

美国宇航局的喷气推进实验室(JPL)还使用美国软件公司欧特克的创成式设计技术建造了一个星际登陆器。



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