NASA开发新的增材制造方式DED定向能量沉积

寂静回声

作为阿尔忒弥斯计划的一部分，美国国家航空航天局（NASA）正在开发更轻、更高效的液体火箭引擎部件，用于未来的月球、火星等任务。

推力室组件是火箭发动机最昂贵的部件，因为它们非常复杂，需要很长时间来制造，同时它们也是火箭发动机中最重的部件，是名副其实的“烧钱”。为此，NASA与阿拉巴马州奥本大学合作开展了快速分析和制造推进技术（RAMPT）项目，旨在寻找一种能够提高火箭推力室组件性能，降低生产成本的制造方法。

RAMPT项目团队利用金属粉末和激光来3D打印火箭发动机部件，这项技术被称为DED定向能量沉积（blownpowderdirectedenergydeposition，俗称送粉或送丝），可以降低大型复杂发动机部件（如喷嘴和燃烧室等）的成本和交货时间。

这项3D打印技术，将金属粉末注入激光加热的熔融金属池或熔池中。吹粉喷嘴和激光光学元件集成在打印头中。打印头安装在机器人上，并由计算机控制，一层层打印堆叠沉积金属材料。这种制造方法具有许多优点，包括能够生产非常大的零件，也可以用于打印非常复杂的零件，包括带有内部冷却液通道的发动机喷嘴，使低温推进剂穿过通道，将喷嘴温度保持在安全范围内。

位于阿拉巴马州汉斯维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心RAMPT项目的联合首席研究员PaulGradl说：“制造喷嘴，对于传统工艺有着很大的挑战性，而且可能需要很长时间。DED定向能量沉积技术允许我们建造具有复杂内部特征的超大型部件，在以前这是不可能实现的。我们能够显著减少与制造通道冷却喷嘴和其他关键火箭部件相关的时间和成本。传统方法需要大约两年的时间，而这种方法只需要几个月。它还大大减少了零件数量，因为需要单独生产的零部件更少。”

RAMPT项目团队在今年打印出迄今为止最大的喷嘴，直径40英寸，高度38英寸，带有一体化集成的冷却通道。传统焊接方法需要1年的时间，而3D打印只用了30天。完成时间比计划提前了一年。

此外，RAMPT项目团队还将3D打印铜燃烧室的外壳换成了复合材料。这种由碳纤维制成的薄外壳为燃烧室提供了结构支撑，与金属外壳相比，它将重量减少了50%。

RAMPT项目正在推进的另一种制造方案是“双金属接头”，可以减少推力室组装的重量和成本，无需额外的金属接头或螺栓就能将铜燃烧室直接熔合到喷嘴上。这种直接熔合的方法可以减少推力室组装的整体重量，因为工程师们无需使用那些重型金属螺栓和接头。