2020年9月，NASA發(fā)布了一則消息稱，作為Artemis計劃的一部分，美國宇航局正在將宇航員送回月球，在那里為人類對火星的探索做準(zhǔn)備。來自美國國家航空航天局、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的專家的3D打印技術(shù)，是遠(yuǎn)程星際旅行制造火箭零件的開創(chuàng)性方法。

△點火測試的金屬3D打印火箭發(fā)動機(jī)

NASA的快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)項目（RAMPT）正在推進(jìn)使用金屬粉末和激光，對火箭發(fā)動機(jī)零件進(jìn)行3D打印技術(shù)的開發(fā)。這是一種被稱為送粉定向能量沉積法（blown powder directed energy deposition），支持多種金屬材料同時打印，可以降低生產(chǎn)大型復(fù)雜發(fā)動機(jī)部件（如噴嘴和燃燒室）的成本和交貨時間。舊的3D打印技術(shù)不具備這種大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的能力。

△一體化多金屬復(fù)合材料外包裹推力室組件的中心，是由3D打印的整體通道式銅燃燒室組成。

中心室使用NASA以前開發(fā)的GRCop42或GRCop84銅合金增材制造技術(shù)制造。然后使用雙金屬3D打印技術(shù)將雙金屬接頭（界面）建立在腔室的噴嘴端。結(jié)果是在腔室和界面之間形成牢固的結(jié)合，并在銅合金的噴嘴端部適當(dāng)擴(kuò)散。雙金屬界面是自由形式的可重復(fù)使用噴嘴的基礎(chǔ)。送粉定向能量沉積工藝（DED），3D打印出帶有用于冷卻劑流動的整體通道的可重復(fù)利用噴嘴。冷卻劑回路通過使用徑向熔覆操作添加的整體歧管封閉。為了完成TCA（蓄冷式推力室），整個組件（包括燃燒室和可重復(fù)利用噴嘴）都用復(fù)合材料外包裝包裹，能夠承受所需的壓力和溫度負(fù)荷。

快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)（RAMPT）項目，促進(jìn)新穎的設(shè)計和制造技術(shù)更加成熟，擴(kuò)大規(guī)模，大幅降低成本并提高蓄冷式推力室組件的性能，特別是用于政府和航天計劃的燃燒室和噴嘴。解決發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中最高的成本和最重的部件的一系列問題。RAMPT的目的是開發(fā)一種集成的多合金輕質(zhì)推力室組件，可大規(guī)模應(yīng)用金屬3D打印技術(shù)，降低成本、加快進(jìn)度，并突破之前無法實現(xiàn)的設(shè)計。通過公私合作利用政府和行業(yè)的投資，推進(jìn)過程開發(fā)數(shù)據(jù)和技術(shù)改進(jìn)。同時還尋求建立美國供應(yīng)鏈并開發(fā)專門的技術(shù)供應(yīng)商，以供所有感興趣的行業(yè)合作伙伴和政府機(jī)構(gòu)使用。將發(fā)展綜合的專業(yè)流程開發(fā)，材料表征以及硬件開發(fā)和測試，讓整套技術(shù)更加成熟。

△送粉定向能量沉積金屬3D打印過程

金屬3D打印火箭發(fā)動機(jī)零件的優(yōu)勢

降低制造復(fù)雜性：堅固的一體化結(jié)構(gòu)，意味著無接頭，無焊縫

與目前的燃燒室相比，重量減輕了40％：采用多種材料和復(fù)合材料外包裹可優(yōu)化性能并減輕重量

提高安全性和可靠性：消除接頭可減少潛在的泄漏源

減少熱應(yīng)力：金屬3D打印技術(shù)使不同材料之間的熱膨脹系數(shù)差異最小化

改進(jìn)的金屬／復(fù)合材料粘結(jié)：金屬腔室外部的設(shè)計表面特征，使粘結(jié)能夠與復(fù)合材料外包裹層熱隔離