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谈3D打印与火箭制造——商业航天更适合广泛应用增材制造解决方案

文章和图片来源:        时间:2021.09.17        点击率:

  商业航天正在推动增材制造技术更广泛地应用。







  早在2019年,太空发射设备Launcher公司率先采用了3D打印来制造液体火箭发动机,进一步改善了来自 AMCM (EOS旗下公司)的设备。今年初,英国初创太空发射公司Orbex在社交媒体上宣布委托AMCM公司协助定制欧洲最大的工业级3D打印机进行火箭制造,达到每年生产超过35个大型火箭发动机和主级涡轮泵系统的内部目标。


  最近,总部位于佛罗里达州的金属3D打印服务商Sintavia购买了两台由德国AMCM公司打造的M4K-4金属3D打印系统,以提升3D打印火箭零件的能力。这台机器是EOS M400-4的修改版本,是原始EOS机器两倍高度。







  Sintavia公司的客户需要以更优化的方式打印大量航空航天大型金属零件。随着两台M4K-4设备的加入,该公司正在不断扩大增材制造设备阵容,Sintavia公司也成为北美第一家可以提供大批量增材制造金属件服务的供应商。







  Sintavia公司首席执行官Brian Neff告诉TCT团队:“随着公司的发展壮大,我们已经合并了一些适用于增材制造的零件类别,其中一类就是再生火箭推力室组件(TCA)。目前市场上几乎所有的推力室组件都是使用3D打印制造的,包括传统的模型。这是一个非常适合利用增材制造的零件,因为再生冷却的工作方式非常类似于热交换器,是由内部通道将冷的液体推进剂流向热的腔室。”


  Brian Neff


  Sintavia目前的增材制造能力令大多数工程师羡慕不已,公司已经采购了30多台高速3D打印机,包括来自GE Additive、TRUMPF的设备,还有8台EOS的M400-4四轴激光打印机。Neff分享了公司进入火箭制造领域所需的经验和策略:因为客户迫切需要扩大规模。







  Neff解释说:“目前设备因高度问题而存在局限性。之前使用增材制造的通用基本方式是打印两到三个部件,再把它们焊接在一起。而现在,M4K允许我们将每个推力室组件制造为一个整体:把喷射器、枪管和喷嘴作为一个整体来制造。以前单纯打印两个零件焊接的方法会影响火箭的性能,因为无法在推力室组件内达到冷却,必须在后期处理中把它们连接起来。我认为M4K的出现打破了规则,特别是对于火箭推进行业,因为我们可以重新设计发动机组件来消除任何类型的法兰。”







  据AMCM公布的数据显示,Launcher的E-2发动机燃烧室从一开始就被设计为 "具有增材制造功能的燃烧室",将 Neff 描述的优点集中到一个结构中。利用同样的优势,Sintavia采购的 M4K-4 打印 450mm x 450mm x 1000mm的TCAs和其他热动力部件和机翼。







  M4K-4 被定义为 EOS M400-4 的“延伸扩大”版本,因为它具备更大的成型尺寸、更强大的激光器和更优化的冷却系统。M4K-4交付后,Sintavia公司计划将用于处理高性能铜和镍合金。


  当然,成型尺寸也需要谨慎考虑,AMCM与TCT分享了如何通过精确的模拟工具来抵消制造过程中的高温导致的工件变形。Neff相信Sintavia有能力满足客户的各种需求。












  Neff阐述道:“商业航天正在推动增材制造技术在航空器上更广泛地应用,这是非常好的现象。虽然商业航天所代表的火箭发射业务市场与商用航空市场相比,仍然非常小。但商用航空由于涉及适航认证等各种环节,采用增材制造技术的进程还是非常缓慢。"


  商业航天行业的客户要求用更少的传统连接步骤制造TCA,优化再生冷却通道,他们迫切希望压缩交货时间,所以3D打印解决方案就有了机会。Neff认为,这些优势的结合是至关重要的。







  Neff最后总结道:“让我们畅想一下未来,人类在探索外太空时,总不可能去火星上造一个铸造厂,而是会选择使用3D打印,尝试用太阳能和月球尘埃进行打印。当公司朝这个方向去做市场营销时,也在对市场证明:我们可以在地球完成打印,也可以在太空中做这件事。我个人认为这是一件非常酷的事。"