造固體火箭的第一步，用好3D打印

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

沒有焊縫，沒有拼接痕跡，仿佛是從某個未來實驗室里直接長出來的。

這些殼體采用的是激光粉末床熔融技術（LPBF）的金屬3D打印，在一層薄如發(fā)絲的金屬粉末上，高能激光按照預設路徑掃描，所過之處，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，層層疊加，直到一個完整的三維零件從粉末床中生長出來。

對于火箭發(fā)動機殼體這類大尺寸、高精度零件而言，3D打印可以一體成型。

沒有焊接，沒有組裝，一個零件就是一個零件。

這正是金屬3D打印在航天領域最誘人的地方：設計自由度。

傳統(tǒng)制造固體火箭發(fā)動機殼體，需要鑄造、鍛造、機加工、焊接等多道工序。每一道工序都意味著成本、時間，以及潛在的失效點。

而LPBF可以直接將模型變成實物，內部可以有復雜的冷卻通道，壁厚可以漸變，結構可以拓撲優(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？

高超音速飛行器對發(fā)動機的要求極為苛刻：要承受劇烈的溫度變化、要足夠輕以減少結構質量、還要能快速迭代以適應不同任務需求。

殼體作為發(fā)動機的骨架，承擔著容納推進劑、承受燃燒壓力、連接其他結構件的多重任務。

如果殼體無法快速、高質量地制造出來，整個發(fā)動機的開發(fā)周期就會被拖慢。

LPBF能用的金屬材料清單已經相當可觀：鈦合金、鋁合金、鎳基高溫合金、馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻合金……

NordSpace沒有透露具體使用了哪種材料，但從高超音速應用的描述來看，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)異的機械性能。

不過一個對于所有人都很關鍵的問題是，這些動輒數(shù)百萬的工業(yè)3D打印設備、航空級的金屬粉末、嚴苛的工藝參數(shù)……

和普通3D打印愛好者有什么關系？

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打印這種消費級3D打印技術制作混合動力火箭的燃料藥柱，在沙漠試飛成功.

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

未來我們將分享類似DIY案例。

#商業(yè)航天 #DIY #3D打印