NASA 3D打印大約2噸重的火箭噴管，大膽進入增材制造技術空白領域
RAMPT項目（快速分析和制造推進技術）由NASA的太空技術任務局（STMD）旗下的改變游戲規則（GCD）計劃資助。這是基于NASA馬歇爾太空飛行中心（MSFC），格倫研究中心（GRC），蘭利研究中心（LaRC）和艾姆斯研究中心（ARC）的共同努力。
增材制造（AM）為具有復雜內部特征的精密部件（例如以前不可能通過傳統工藝加工出來的帶復雜冷卻流道的液體火箭發動機推力室）帶來了重大的設計和制造機會。根據3D科學谷的了解，最近通過跟DM3D和奧本大學的合作，NASA 3D打印了大約2噸重的火箭噴管。
© 來源：奧本大學
281厘米高的火箭噴管
DM3D是總部位于密歇根州的定向能量沉積 (DED) 技術領域的企業，與奧本大學的國家增材制造卓越中心 (NCAME) 合作開展其與 NASA 的增材制造 (AM) 研發項目，以提高液體火箭發動機性能。
© 來源：NASA
奧本大學和 NASA處于增材制造研究的最前沿，大約在四年前開始與DM3D合作，當時打印一個大約兩英尺大小的噴管，當時看起來很大。現在在RAMPT項目的支持下，正在打印的噴管高度是之前的五倍，這是有史以來最大的 3D 打印火箭發動機部件之一。
大約 2 噸的增材制造全尺寸 RS25 噴管襯里的確切尺寸為 111 英寸高（281厘米高）和 96 英寸直徑（243厘米直徑）。龐大的零件是在幾個月的時間里制造出來的——與傳統的制造技術相比，加工時間減少了 50% 以上。
根據DM3D，DM3D的使命是挑戰不可能，其3D打印系統的同軸噴嘴帶有局部氬氣屏蔽，可以保護此類材料的熔池。可以精確地在零件上的選定位置添加各種材料，從而可以制造具有功能特性的多材料組件。
DM3D專有的直接金屬沉積（DMD）技術是一種DED直接能量沉積技術類型的工藝，DM3D能夠在一次構建中處理具有多種材料的中型到大型零件，據稱具有高速的制造速度。
DED定向能量沉積3D打印技術通過同軸送粉或多噴嘴沉積頭，將粉末與惰性載氣一起注入到零件的熔池中。熔池是由中央激光能量源產生的，通過惰性氣體的保護以最大程度地減少加工過程中金屬的氧化。
根據3D科學谷的了解，NASA 已經建立了類似于與DM3D這樣的公私合作伙伴關系，通過增材制造技術推進新方法、探索新工藝、開發新材料和新組件。目標是提高技術準備水平，以便融入未來的 NASA 任務和商業太空應用。
NASA與行業合作伙伴共同開發了薄壁通道的設計。在圖中可以看到DED定向能量沉積3D打印技術加工的一些通道示例。這些通道演示了可能的設計選項，各種加工路徑策略以及確定的過程幾何形狀限制。
© 來源：NASA
RAMPT項目集成了幾種先進的制造技術，以實現完整的集成推力室組件。總體概念以GRCop銅合金燃燒室為核心，并通過基于粉末床的選區激光熔化（L-PBF）金屬3D打印技術制造的整體通道。然后使用DED技術來沉積歧管焊接區，以便可以將前歧管焊接到腔室上。經過此操作和熱處理后，使用碳纖維聚合物基復合材料（PMC）的外包裝材料對大型推力室TCA進行外包裝。
DED定向能量沉積增材制造技術，允許整個推力室總成（TCA）在火箭推力室噴管的制造過程中一次性形成所有的內部冷卻通道，從而無需進行封閉操作，這樣的好處是明顯的，不僅可以顯著減少零件和焊接操作，并使得整個推力室總成（TCA）更加可多次利用。通過DED定向能量沉積增材制造工藝在GRCop-42銅腔室的后端沉積雙金屬材料，形成帶雙金屬軸向接頭的火箭推力室噴管，并實現連續冷卻，從而解決了一些設計挑戰和螺栓連接設計的接口問題，隨后通過碳纖維聚合物基復合材料（PMC）外包裝將整個推力室總成（TCA）進行外包裝。
DED定向能量沉積增材制造技術還具備多材料開發的想象和探索空間，市場研究盡管復合材料外包裝作為腔室護套表現良好，同時RAMPT項目仍繼續關注增材制造雙金屬材料的開發，因為仍需要對焊接火箭推力室的噴管進行材料過渡。而雙金屬材料則使得火箭推力室的噴管具有優化材料的選擇，理想情況下火箭推力室的噴管由非銅合金制成，例如高溫合金或不銹鋼材料。雙金屬增材制造材料可以幫助應對推力室總成（TCA）中的所有結構和動態載荷的復雜挑戰和要求。
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