3D 打印火箭即将爆炸

如果今年夏天从卡纳维拉尔角发射的 Terran1 是成功的， 相对论空间 将成为第一家将完全 3D 打印的火箭送入太空的航空航天制造公司。 不久之后，加利福尼亚的一家初创公司致电 发射台 在从 SpaceX 进入太空后，将部署由 3D 打印火箭发动机驱动的 Orbiter 卫星平台。

很难高估 3D 打印（也称为增材制造）对航天工业的影响。 没有其他技术能够让如此多的公司进入这个行业，并在如此短的时间内以如此低的成本交付车辆、发动机和火箭。 而现在，随着越来越多的商用 3D 打印机证明能够生产出具有太空价值的组件，初创火箭制造商的数量正蓄势待发。

例如，总部位于英国的航空航天公司 Orbex 希望其使用德国制造商 EOS 最新金属 3D 打印机制造的 3D 打印火箭将在今年年底从苏格兰发射升空。 在美国，年轻的火箭发动机制造商 北斗星 现在正在接受其新的 Arroway 推进发动机的订单，该发动机旨在取代现在不可用的俄罗斯制造的推进源。 它也是使用可用的金属 3D 打印机进行 3D 打印的。

“我认为如果没有 3D 打印，我们的公司就不会存在，”在 SpaceX 工作了五年的 Ursa Major 先进制造和材料总监 Jake Bowles 说。 “我们的发展与 3D 打印的存在和成熟度密切相关。”

鲍尔斯说，Ursa Major 打算在几个月而不是几年内以比以前更快的速度将发动机推向市场，而这只有通过 3D 打印机进行原型设计和制造才能实现。

虽然 Relativity Space 和其他公司已经为他们的火箭开发了专有的 3D 打印技术，但 Bowles 表示，使用新的商用 3D 打印机使 Ursa Major 能够控制成本并快速迭代设计，而不必在本土 3D 打印机所需的早期技术开发中跌跌撞撞.

“我们的团队不断评估推出创新产品的新 3D 打印机公司，因为在航空航天和航天发射市场的份额存在很多竞争，”鲍尔斯说。 根据战略市场研究，到 3 年，全球航空 9.27D 打印市场规模预计将达到 2030 亿美元。

公司正在竞相为亚马逊等公司提供最强大、最灵活和最便宜的选择AMZN
，他们希望将卫星送入轨道以提供全球宽带，捕捉地球上活动的高分辨率图像，甚至为超级富豪建立私人空间站酒店。

3D 打印推动太空商业化竞赛

与 NASA 航天飞机计划相比，增材制造技术将发射成本降低了 95%，这为来自轨道的更多服务打开了大门，推动了火箭制造商之间的激烈竞争。 Launcher 的公司口号读起来就像沃尔玛的广告：“以最低的成本在太空中的任何地方。”

最近，发射器从美国太空部队获得了数百万部署卫星的成本，用于进一步开发其 E-2 3D 打印的高性能液体火箭发动机，用于发射器轻型运载火箭，计划于 2024 年飞行。美国太空部队说：“发射器的 E-2 液体火箭发动机有可能显着降低使用专用小型运载火箭将小型卫星送入轨道的价格，这是太空部队的一项关键能力和优先事项。”

为了降低成本和加快生产速度，Launcher 还使用 EOS 和加州 Velo3D 的 3D 打印机。

“火箭发动机涡轮泵零件通常需要铸造、锻造和焊接，”Launcher 创始人兼首席执行官 Max Haot 说。 “这些流程所需的工具增加了开发成本并降低了设计迭代之间的灵活性。 得益于 Velo3D 的零度技术，我们能够 3D 打印我们的涡轮泵，包括旋转的 Inconel 护罩叶轮，现在可以通过每个原型之间的迭代以更低的成本和增加创新。”

采用传统的航空航天制造方法，通常会听到 12 到 XNUMX 个月的交付周期以及制造和测试工具的巨额费用，例如泵送式富氧分级燃烧发动机，高级推进系统工程师 Eduardo Rondon 说另一位 SpaceX 资深人士 Ursa Major 的分析师。 “增材制造使我们能够将新设计放在测试台上，决定做出改变，在替代架构上工作，打印出来，并在几周内将其放在测试台上。”

Orbex 3D 在与 Launcher 相同的打印机类型上打印火箭，Launcher AMCM M4K-4 EOS 的金属打印平台，于 2021 年问世。该公司还使用了德国公司 SLM Solutions 的金属 3D 打印机。

3D 打印不仅适用于初创企业

自 3 年 SpaceX 推出其 3D 打印的 SuperDraco 火箭发动机以来，2013D 打印在太空中的历史悠久。

航空航天巨头 Aerojet Rocketdyne捷径
2017 年重新设计了 Bantam 火箭发动机系列，充分利用增材制造能力，将总设计和制造时间从一年多缩短到几个月，同时与传统制造方法相比，成本降低了约 65%。

“这些发动机通常由 100 多个零件组成，仅由三个增材制造的主要部件构成：喷油器组件、燃烧室以及整体式喉管和喷嘴部分，”该公司表示。

Rocket Lab 是商业卫星发射的另一个先驱，于 3 年首次发射了其轻型 2017D 打印火箭发动机 Rutherford。它的燃烧室、喷射器、泵和主推进剂阀都是 3D 打印的，并且已经为 27 次发射提供动力，包括本周的那个。

星期二， 火箭实验室 卢瑟福发动机为该公司来自新西兰的电子火箭提供动力，该火箭将美国宇航局的有效载荷运往月球。

尽管 NASA 和经验丰富的发射老手多年来一直在测试、验证并将增材制造纳入他们的计划，但今天的商业 3D 打印技术和先进的金属合金材料已经如此迅速地成熟，以至于 Launcher、Ursa Major 和 Orbex 等公司都可以获得从原型到发布，时间更短，成本更低。

“我们从第一天开始就围绕 3D 打印进行设计，并利用它提供的功能，”Bowels 说。 “这使我们能够建立关于如何优化 3D 打印设计的内部专业知识，然后我们可以将其应用于我们需要开发和销售以满足市场需求的新引擎。 通过已经知道如何做到这一点，我们可以更快地进入市场。”