航天新应用：3D打印双金属喷射器，结构/功能一体化如何让下一代火箭发动机更强

3D打印技术参考于近日注意到，NASA马歇尔空间飞行中心与致力于推进和航空航天金属增材制造技术开发和应用的QUADRUS公司合作，采用SLM 3D打印工艺开发了一款双金属结构旋转爆震火箭发动机喷射器，并计划于今年夏季开展高温测试。

这在航空航天推进技术领域被认为取得了行业首创突破。旋转爆震发动机喷射器由于旋转爆震波产生的高热而面临重大挑战。

该类型发动机的进一步研发是为了应对热管理的挑战，研发团队开发了一种创新解决方案，结合了两种不同金属材料的特性：

• 采用高导热的GRCop-42铜合金来制造喷射器面板，其特性确保了在高热环境下，喷射器面板能够维持相对较低的温度，从而延长喷射器的使用寿命和可靠性。

• 采用具有高强度、耐氧化的镍基超合金Monel K500来制造歧管，允许歧管在保持结构完整性的同时，壁厚更小，这不仅减轻了整体重量，还提高了火箭发动机的性能和效率。

通过结合GRCop-42和Monel K500两种材料，QUADRUS公司成功创造了一种双金属一体结构。这种结构充分利用了两种材料的优势，既保证了喷射器的有效冷却，又实现了歧管的轻量化设计。这种优化的热管理策略确保了旋转爆震发动机喷射器在高温环境下的稳定运行。

• 精确几何对齐：在制造双金属一体结构时，需要确保两种材料之间的精确几何对齐。根据报道，制造部门通过先进的制造技术和严格的质量控制流程，成功实现了这一目标。

• 材料交叉污染风险：在制造过程中，需要避免不同材料之间的交叉污染。通过严格的材料管理流程和清洁控制策略，有效降低了这一风险。

• 高强度双金属结合：为了实现双金属结构的高强度结合，需要优化材料连接区的工艺。

Aerosint3D打印多金属零件

通过采用双金属一体结构、优化热管理策略和克服技术挑战，双方成功开发了一种适用于旋转爆震发动机喷射器的创新解决方案。这种解决方案不仅提高了喷射器的性能和可靠性，还为未来的火箭发动机设计提供了新的思路和方法。

在该应用中，可以体现出3D打印技术的多重应用价值：以一体化和轻量化制造为基础，推动实现了更高的耐热性能，提高了火箭发动机的性能，从而体现出结构、功能一体化的价值。

双金属一体结构通过优化材料的组合和布局，GRCop-42铜合金的高蠕变性能和高温强度，以及Monel K500镍基超合金的耐氧化和高温强度，实现了在高温环境下的稳定工作。双金属结构在保持性能的同时，还能显著减轻火箭发动机的重量，提高整体性能。

双金属一体结构的成功制造是增材制造技术的重要突破，展示了在材料科学、制造工艺和工程设计方面的创新能力。这种结构的成功研发和应用将推动火箭发动机技术的进一步发展，为未来的载人航天、深空探测和军事应用提供更加强大和可靠的动力支持。

然而需要特别指出的是，多材料SLM工艺随取得了很大进步，但距离稳定高效批量生产组件仍有很大距离。此类工程化应用的案例仍然相当少，但以相对并不高的代价制造出创新的结构，以推动产品的发展，却意义重大。