如圖1圖2所示，加拿大航天公司NordSpace宣布成功測(cè)試高超音速固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體時(shí)，圖中那些閃著金屬光澤的圓筒狀零件，并不是傳統(tǒng)制造產(chǎn)物。

沒有焊縫，沒有拼接痕跡，仿佛是從某個(gè)未來(lái)實(shí)驗(yàn)室里直接長(zhǎng)出來(lái)的。

這些殼體采用的是激光粉末床熔融技術(shù)（LPBF）的金屬3D打印，在一層薄如發(fā)絲的金屬粉末上，高能激光按照預(yù)設(shè)路徑掃描，所過(guò)之處，粉末瞬間熔化并凝固。

然后鋪上新的一層粉末，再掃描，再熔化。如此往復(fù)，層層疊加，直到一個(gè)完整的三維零件從粉末床中生長(zhǎng)出來(lái)。

對(duì)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體這類大尺寸、高精度零件而言，3D打印可以一體成型。

沒有焊接，沒有組裝，一個(gè)零件就是一個(gè)零件。

這正是金屬3D打印在航天領(lǐng)域最誘人的地方：設(shè)計(jì)自由度。

傳統(tǒng)制造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，需要鑄造、鍛造、機(jī)加工、焊接等多道工序。每一道工序都意味著成本、時(shí)間，以及潛在的失效點(diǎn)。

而LPBF可以直接將模型變成實(shí)物，內(nèi)部可以有復(fù)雜的冷卻通道，壁厚可以漸變，結(jié)構(gòu)可以拓?fù)鋬?yōu)化。

這些在傳統(tǒng)工藝中要么極其昂貴，要么根本做不到。

為什么是殼體？

高超音速飛行器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求極為苛刻：要承受劇烈的溫度變化、要足夠輕以減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量、還要能快速迭代以適應(yīng)不同任務(wù)需求。

殼體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，承擔(dān)著容納推進(jìn)劑、承受燃燒壓力、連接其他結(jié)構(gòu)件的多重任務(wù)。

如果殼體無(wú)法快速、高質(zhì)量地制造出來(lái)，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)周期就會(huì)被拖慢。

LPBF能用的金屬材料清單已經(jīng)相當(dāng)可觀：鈦合金、鋁合金、鎳基高溫合金、馬氏體時(shí)效鋼、不銹鋼、鈷鉻合金……

NordSpace沒有透露具體使用了哪種材料，但從高超音速應(yīng)用的描述來(lái)看，很可能是鎳基合金如Inconel 718，這種材料在極端溫度下仍能保持優(yōu)異的機(jī)械性能。

不過(guò)一個(gè)對(duì)于所有人都很關(guān)鍵的問題是，這些動(dòng)輒數(shù)百萬(wàn)的工業(yè)3D打印設(shè)備、航空級(jí)的金屬粉末、嚴(yán)苛的工藝參數(shù)……

和普通3D打印愛好者有什么關(guān)系？

有意思的是，3D打印恰恰正在模糊專業(yè)與業(yè)余的邊界。

有人用FDM3D打印這種消費(fèi)級(jí)3D打印技術(shù)制作混合動(dòng)力火箭的燃料藥柱，在沙漠試飛成功.

有創(chuàng)客用消費(fèi)級(jí)FDM打印嘗試打印混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然大多數(shù)試驗(yàn)都以自毀告終(如圖3圖4所示)，但基本原理是行得通的。

未來(lái)我們將分享類似DIY案例。

#商業(yè)航天 #DIY #3D打印