世界首枚3D打印火箭成功起飛，預(yù)示了什么？

來源：Oqton

2023年3月，世界首枚3D打印火箭進(jìn)行第三次嘗試發(fā)射，遺憾在第二級點火時未進(jìn)入預(yù)定軌道。這不是第一次運用3D打印技術(shù)對火箭進(jìn)行輔助設(shè)計，此前于2022年底，又一款3D打印的火箭助推器成功完成了前期測試，該助推器內(nèi)部采用了再生冷卻設(shè)計策略，使用了新開發(fā)的銅合金GRCop-42，再一次體現(xiàn)了增材制造加速行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新的能力。

△2022年底3DXpert助力3D打印火箭助推器

再生冷卻設(shè)計策略的使用，可以用來調(diào)節(jié)火箭燃料流經(jīng)冷卻管路時的溫度，從而在其返回腔室燃燒之前從推進(jìn)器側(cè)壁帶走更多熱量。3DXpert 在此項目中的火箭助推器開發(fā)優(yōu)化的打印參數(shù)并準(zhǔn)備打印文件過程中起到了關(guān)鍵助力。

使用 3DXpert 優(yōu)化火箭助推器
負(fù)責(zé)項目的工程師Evan Kuester，Ryan Fishel和Cameron Schmidt使用了Oqton的3DXpert開發(fā)的打印參數(shù)和準(zhǔn)備打印文件，包括了零件擺放、支撐設(shè)計、參數(shù)測試和數(shù)據(jù)切片。

“這種推進(jìn)器最具創(chuàng)新性的方面是選擇的材料，它使用了一款新開發(fā)的銅合金，并且運用3D打印生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的制造方法相比，3D打印減少了制造所需的時間、成本和精力，”高級應(yīng)用開發(fā)工程師Schmidt解釋道。

“此外，作為美國宇航局最近開發(fā)的銅合金， GRCop-42具有非常適合高溫應(yīng)用的特性，可用于如火箭推進(jìn)器等零件。將其與激光粉床熔融技術(shù)結(jié)合，我們在相對較短的時間內(nèi)制造出這款推進(jìn)器，并具備良好的致密度和力學(xué)性能?！彼a充道。


增材制造的創(chuàng)新與拓展
這款火箭助推器是3D打印火箭應(yīng)用方向的新成員，該應(yīng)用在過去幾年中一直在穩(wěn)步增長。如今，許多初創(chuàng)公司正在開發(fā)能夠為火箭制造組件的3D打印機。雖然3D打印火箭引起了很多的關(guān)注，但它們只是航空航天應(yīng)用的冰山一角。增材制造可以一次性完成類似零件的生產(chǎn)，節(jié)約了時間和成本，大大推動了增材制造在相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用。

制造具有多個組件的復(fù)雜設(shè)備會有許多技術(shù)挑戰(zhàn)。每個組件必須單獨制造和組裝，過程漫長而乏味。3D打印改變了這種情況，可以對復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行一體化設(shè)計和打印，使開發(fā)和制造最終產(chǎn)品變得更快，更便宜。

具有再生冷卻的火箭噴嘴，如用新型銅合金打印的火箭助推器，已經(jīng)使用傳統(tǒng)的制造方法制造了幾十年。這種尺寸的火箭推進(jìn)器通常需要幾個月的時間來制造，但3D打印的助推器在短短幾周內(nèi)就被制造出來了。

與增材制造相關(guān)的更短的交貨周期具有巨大的意義。首先，快速迭代可節(jié)約成本，其次，制造商可以加快創(chuàng)新的步伐。由于生產(chǎn)零件的速度變快，因此使用3D打印的工程師可以在確定最佳解決方案之前進(jìn)行更多實驗并測試各種設(shè)計，而不會產(chǎn)生過多的成本。

3DXpert賦能增材制造，開拓?zé)o限可能
“對于傳統(tǒng)制造，雖然工程師可以設(shè)計不同的方案，但由于成本和較長的交貨周期，探索不同的設(shè)計將需要消耗巨大的精力和資源。使用3D打印后，如果效果不佳，可回到設(shè)計并快速修改?！盨chmidt解釋說。

此外，借助增材制造技術(shù)，可以改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計，制造傳統(tǒng)方法無法完成的幾何形狀。3D打印可以通過采用復(fù)雜幾何形狀的表面晶格、拓?fù)鋬?yōu)化等提高零件的性能，這在傳統(tǒng)工藝上是難以或不可能實現(xiàn)的。這些設(shè)計原則已經(jīng)在熱交換器、醫(yī)療植入物和結(jié)構(gòu)支架中得到了令人印象深刻的應(yīng)用。如前文的火箭助推器中的冷卻通道，它完全集成到側(cè)壁中，并貫穿整個推進(jìn)器，幾乎可以任意方式分布，從而進(jìn)一步優(yōu)化導(dǎo)熱。