全球最大3D打印火箭發(fā)動機(jī)燃燒室，是怎樣造出來的？
時間：2019-11-19 11:10 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
火箭發(fā)射可以說蘊(yùn)含著世界上最尖端的科技，尤其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，火箭每減重1kg，就可以節(jié)約兩萬美元的發(fā)射成本。從前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆火箭以來，火箭的制造技術(shù)一直在改進(jìn)，然而經(jīng)過幾十年的設(shè)計優(yōu)化后，傳統(tǒng)的加工制造技術(shù)遇到不少瓶頸，這時，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)帶來了新的轉(zhuǎn)機(jī)。
2019年11月18日，美國私人航空航天公司Launcher計劃對其最新研制的E-2火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行首次全面測試，與常規(guī)火箭相比，該火箭最大的創(chuàng)新在于其發(fā)動機(jī)配備了3D打印的燃燒室， 測試日期定為2020年中旬。
他們之前已經(jīng)成功測試過的3D打印E-1火箭發(fā)動機(jī)燃燒室是怎樣制造出來的。首先，在電腦中設(shè)計出燃燒室的三維結(jié)構(gòu)（3D數(shù)據(jù)），值得注意的是這樣的結(jié)構(gòu)是專為3D打印制造工藝而設(shè)計的，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之后，不但性能更強(qiáng)而且重量更輕。
然后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理（將設(shè)計好的3D模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)可以識別的工作指令），導(dǎo)入到金屬3D打印機(jī)中。
所需要用到的銅合金粉末材料等一切準(zhǔn)備就緒之后，便開始進(jìn)入令人興奮的3D打印環(huán)節(jié)，使用激光一層一層的融化粉末，每融化一層金屬粉末之后，就鋪上一層新的粉，然后繼續(xù)熔融堆積，直至打印完成。
打印完成之后，清除燃燒室周邊的多余金屬粉末材料。
此時的3D打印燃燒室機(jī)構(gòu)內(nèi)部還存在很多的內(nèi)應(yīng)力，需要進(jìn)行高溫退火處理。
退火之后，燃燒室的性能得到進(jìn)一步的提升，此時需要去除在激光熔融打印時在表面形成的支撐結(jié)構(gòu)。
表面噴砂工藝，使燃燒室具有更加光滑的表面。
下面將燃燒室放入CNC加工中心（減材制造工藝），進(jìn)行鉆孔
用三坐標(biāo)測量儀來檢測燃燒室的尺寸精度，確保最終的工件的尺寸符合使用要求。
三維掃描儀來掃描最終的燃燒室，逆向獲取其3D數(shù)據(jù)。
所有的后處理工作、測量工作完成之后，即將進(jìn)入令人更加興奮地測試環(huán)節(jié)，將燃燒室固定在測試架上面。
倒計時3 2 1，開始測試。
這款3D打印技術(shù)制造的銅合金E-1火箭發(fā)動機(jī)燃燒室經(jīng)過測試，推力達(dá)到2.77KN，最大壓力：430PSI，最大室溫度：3600KELVIN。
而2020年要測試的是最新升級版的E-2發(fā)動機(jī)，Launcher Engine-2將是小型衛(wèi)星發(fā)射器級別中性能最高的引擎-具有最大推力，最低推進(jìn)劑消耗量和最低每磅推力成本。
Engine-2或E-2也可以出售給商業(yè)和政府客戶，以與他們自己的運(yùn)載火箭集成。
3D打印的E-2發(fā)動機(jī)燃燒室由EOS集團(tuán)旗下的AMCM制造，這個零件據(jù)稱是世界上最大的3D打印液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室單體部件。Launcher公司于2017年在紐約布魯克林成立，是一家航空航天初創(chuàng)公司，他們開發(fā)的Rocket-1運(yùn)載火箭高20米（65英尺）長，可以將重達(dá)773千克（1,704磅）的衛(wèi)星傳送到低地球軌道。
最初，該公司與EOS合作，于2018年用銅合金3D打印其E1概念驗證發(fā)動機(jī)的底座，E-1發(fā)動機(jī)是Launcher的第一代液氧冷卻燃燒室。后來，Launcher于2019年開發(fā)了液氧和煤油E-2發(fā)動機(jī)，并選擇與AMCM合作為發(fā)動機(jī)生產(chǎn)3D打印燃燒室。E-2發(fā)動機(jī)采用高性能銅合金3D打印，高度為860毫米（34英寸），出口噴嘴直徑為410毫米（16英寸），進(jìn)入軌道所需的推進(jìn)劑更少，從而使發(fā)射器每枚火箭可以運(yùn)載更多的衛(wèi)星貨物，其價格比競爭對手更低。
Launcher在2019年11月5日（空軍太空日）獲得美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）的150萬美元獎勵。
2019年11月18日，美國私人航空航天公司Launcher計劃對其最新研制的E-2火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行首次全面測試，與常規(guī)火箭相比，該火箭最大的創(chuàng)新在于其發(fā)動機(jī)配備了3D打印的燃燒室， 測試日期定為2020年中旬。
△具有最大3D打印燃燒室的E-2火箭發(fā)動機(jī)
然后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理（將設(shè)計好的3D模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)可以識別的工作指令），導(dǎo)入到金屬3D打印機(jī)中。
所需要用到的銅合金粉末材料等一切準(zhǔn)備就緒之后，便開始進(jìn)入令人興奮的3D打印環(huán)節(jié)，使用激光一層一層的融化粉末，每融化一層金屬粉末之后，就鋪上一層新的粉，然后繼續(xù)熔融堆積，直至打印完成。
打印完成之后，清除燃燒室周邊的多余金屬粉末材料。
3D打印的燃燒室基本結(jié)構(gòu)就已經(jīng)完成了
此時的3D打印燃燒室機(jī)構(gòu)內(nèi)部還存在很多的內(nèi)應(yīng)力，需要進(jìn)行高溫退火處理。
退火之后，燃燒室的性能得到進(jìn)一步的提升，此時需要去除在激光熔融打印時在表面形成的支撐結(jié)構(gòu)。
表面噴砂工藝，使燃燒室具有更加光滑的表面。
下面將燃燒室放入CNC加工中心（減材制造工藝），進(jìn)行鉆孔
用三坐標(biāo)測量儀來檢測燃燒室的尺寸精度，確保最終的工件的尺寸符合使用要求。
三維掃描儀來掃描最終的燃燒室，逆向獲取其3D數(shù)據(jù)。
所有的后處理工作、測量工作完成之后，即將進(jìn)入令人更加興奮地測試環(huán)節(jié)，將燃燒室固定在測試架上面。
倒計時3 2 1，開始測試。
這款3D打印技術(shù)制造的銅合金E-1火箭發(fā)動機(jī)燃燒室經(jīng)過測試，推力達(dá)到2.77KN，最大壓力：430PSI，最大室溫度：3600KELVIN。
而2020年要測試的是最新升級版的E-2發(fā)動機(jī)，Launcher Engine-2將是小型衛(wèi)星發(fā)射器級別中性能最高的引擎-具有最大推力，最低推進(jìn)劑消耗量和最低每磅推力成本。
△Launcher的 E-2發(fā)動機(jī)
△Launcher的 E-2發(fā)動機(jī)的詳細(xì)細(xì)節(jié)
每個發(fā)動機(jī)產(chǎn)生10噸推力（22,000磅力），四個Engine-2液體火箭發(fā)動機(jī)將為Rocket-1的第一階段提供動力。第五臺經(jīng)過真空優(yōu)化的Engine-2發(fā)動機(jī)將為第二階段提供動力。
3D打印的E-2發(fā)動機(jī)燃燒室由EOS集團(tuán)旗下的AMCM制造，這個零件據(jù)稱是世界上最大的3D打印液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室單體部件。Launcher公司于2017年在紐約布魯克林成立，是一家航空航天初創(chuàng)公司，他們開發(fā)的Rocket-1運(yùn)載火箭高20米（65英尺）長，可以將重達(dá)773千克（1,704磅）的衛(wèi)星傳送到低地球軌道。
最初，該公司與EOS合作，于2018年用銅合金3D打印其E1概念驗證發(fā)動機(jī)的底座，E-1發(fā)動機(jī)是Launcher的第一代液氧冷卻燃燒室。后來，Launcher于2019年開發(fā)了液氧和煤油E-2發(fā)動機(jī)，并選擇與AMCM合作為發(fā)動機(jī)生產(chǎn)3D打印燃燒室。E-2發(fā)動機(jī)采用高性能銅合金3D打印，高度為860毫米（34英寸），出口噴嘴直徑為410毫米（16英寸），進(jìn)入軌道所需的推進(jìn)劑更少，從而使發(fā)射器每枚火箭可以運(yùn)載更多的衛(wèi)星貨物，其價格比競爭對手更低。
Launcher在2019年11月5日（空軍太空日）獲得美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）的150萬美元獎勵。
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