未来美国宇航局火箭发动机可能包括大型3D打印

吹粉定向能量沉积可以产生大结构 - 例如这些发动机喷嘴 - 比传统的制造技术更便宜和更快。

作为Artemis计划的一部分，美国宇航局正在将宇航员返回到月球，我们将为人类探索火星做好准备。添加剂制造或3D印刷，美国宇航局，工业和学术界的专家都是打印可以为这些旅程提供动力的火箭部分的开拓方法。

美国宇航局的快速分析和制造推进技术项目或拉姆特正在推进使用金属粉末和激光器的3D印刷火箭发动机部件的添加剂制造技术的开发。该方法称为吹塑粉末定向能量沉积，可以降低成本和产生的生产大型复杂发动机部件，如喷嘴和燃烧室。添加剂制造的现有发展没有这种新兴技术提供的大规模能力。

“这项技术进步是显着的，因为它使我们能够生产出较低价格的最困难和昂贵的火箭发动机零件，而不是过去，”NASA的游戏变化开发计划经理Drew Hope表示，这是Rampt项目。“进一步，它将允许在航空航天行业内外的公司做同样的事情，并将这项制造技术应用于医疗，运输和基础设施行业。”

美国宇航局工程师正在使用金属粉和激光器探索用于3D打印火箭发动机零件的新途径。该方法称为吹塑粉末定向能量沉积，比常规制造方法更快，更实用。该开发是美国国家航空航天局的快速分析和制造推进技术的一部分，或拉姆特，项目。

印刷方法将金属粉末注入激光加热的熔融金属池或熔池池中。吹塑喷嘴和激光光学器件集成到打印头中。该打印头附接到机器人并以一次构建一层的计算机确定的图案移动。制造方法具有许多优点，包括生产非常大的碎片的能力 - 仅受到它们所产生的房间的尺寸。它也可用于打印非常复杂的部件，包括带内部冷却液通道的发动机喷嘴。包含内部冷却剂通道的火箭发动机喷嘴通过通道运行低温推进剂，以帮助将喷嘴保持在安全温度下。

“传统上制造喷嘴是一个具有挑战性的过程，它可能需要很长时间，”美国宇航局在阿拉巴马州亨茨维尔亨茨维尔的马歇尔空间飞行中心拉姆特联合主体调查员Paul Gradll说。“吹过粉末定向能量沉积添加剂制造允许我们创造具有以前不可能的复杂内部特征的非常大规模的组件。我们能够大大减少与制造通道冷却的喷嘴和其他临界火箭组件相关的时间和成本。“

复杂的设计 - 例如具有集成通道墙壁的发动机喷嘴 - 可以使用吹粉定向能量沉积来制造。喷嘴和通道壁的侧面仅是几件笔记本纸的厚度。

Rampt团队最近利用该技术生产最大的喷嘴NASA印刷，直径40英寸，高38英寸，具有完全集成的冷却通道。该喷嘴在记录时间内制造 - 仅使用传统焊接方法的近一年的30天，并且完成了比迅速推进的时间一年的时间发生了一年。

拉姆斯特项目的成功使NASA的太空发射系统或SLS，火箭队的注意力得到了关注。美国宇航局的SLS和猎户座宇宙飞船一起是我们的深层空间探索计划的骨干，包括在2024年将第一名女性和下一个男人送到月球，并在十年结束时建立可持续的探索。SLS程序正在投资Rampt的吹粉定向能量沉积制造工艺，其目的是为了空间对空气进行认证。该团队与Alpt一起使用该技术来构建和评估通道冷却的喷嘴，可直径5英尺，近7英尺高。

“使用这种新型的添加剂制造沟道壁喷嘴和其他部件将使我们能够以减少的时间表所需的规模使SLS发动机能够降低，”SLS计划的液体引擎办公室经理Johnny Heflin说。

通过一系列严格的热火试验，工程师将把喷嘴的亚级版本归功于同一6,000度的燃烧温度和持续的压力，在发射期间将面临的，以证明新的定向能量沉积技术的耐用性和性能。

公私伙伴关系

虽然美国宇航局引领了技术发展的远征，但与学术界和产业的伙伴关系发挥着重要作用。通过与阿拉巴马州Auburn大学的协议，拉姆斯特与已经推进“艺术通知”的专业制造公司合作，并使该团队开发的技术广泛地向私营部门提供了广泛的技术。这些公私伙伴关系还增加了NASA任务的价值，因为合作伙伴分享了一些发展成本。

美国宇航局对吹粉的投资直接能源沉积制造技术和材料开发将在使原子能机构最雄心勃勃的勘探任务中发挥关键作用。该技术还可能在许多其他行业（包括商业空间）中发挥关键角色，帮助世界一次更好地打印。

RAMPT项目由NASA在太空技术特派团中的博弈变化开发计划中资助。裁判包括来自美国宇航局的克利夫兰克利夫兰的德国Glenn研究中心的合作伙伴，加利福尼亚州硅谷的Ames Research Center，加利福尼亚州，工业和学术界。