采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量
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我们已经看到很多采用金属3D打印技术制造火箭发动机部件的案例，通常我们仅关注了事件本身以及它所带来的优势，对于制造过程的细节关注甚少，这并不利于我们深入理解这项工艺所涉及的方方面面，也会让我们产生3D打印太容易的误解。本期我们以具体案例所涉及到的内容，揭开这项工程的一角。
世界上最大的火箭发动机部件
不久前，英国航空航天公司Orbex采用SLM Solutions的SLM 800制造了世界上最大的火箭发动机部件。Orbex工程师与SLM专家密切合作，建立了一套针对火箭发动机大体积和复杂结构制造的优化参数。最终将发动机重量减少了30％，与该类别的其他运载火箭相比，效率提高了20％。
发动机关键部件必须具有所需的材料特性和尺寸精度才能被认为是可靠的，因此，3D打印需要保证质量要求，保持零件功能，同时零件本身也要适于3D打印。
打印前后的设计与工艺考量
工程专家对火箭发动机的结构进行了优化，使其更符合3D打印的制造要求；同时，设计中集成了特殊的粉末去除策略，包括专用的粉末输送通道，以便尽可能多的将粉末从结构中移除，减少材料损失。在工艺设置阶段，工程师合理分配了每一处所要添加的支撑结构，以获得最佳质量，在工艺设置的过程中也充分考虑了后处理加工的影响。
劳伦斯利弗莫尔实验室打印的火箭发动机原型
欧洲航天局处理完成的3D打印火箭发动机推进室
SLM 800具有280x500x850mm的构建尺寸，是一款大型的选择性激光熔融系统。Orbex发动机部件采用镍基合金制造，此前我们也曾看到有的火箭发动机采用铜合金打印。建造完成后，零件自动转移到拆包站，通过振动和旋转清除多余粉末。
SLM 800通过振动和旋转清粉
SLM 800打印的Orbex火箭发动机
接下来，是在SLM Solutions的金相学实验室分析随发动机部件一起打印的测试样件，以确保孔隙度等情况是否达到标准。针对零件的后处理及各类检测是和设计同等重要且必不可少的。
3D打印为Orbex带来的效益
3D打印使Orbex的整个制造周期缩短了90％，成本降低了50％。与此同时，3D打印使工程师能够为发动机内部添加更复杂的冷却流道，从而使发动机的设计和功能更加集成紧凑，对材料的使用效率也更加高效。一体化制造也意味着没有焊接或接缝，火箭可以更好地承受极端温度和压力波动。
航天工程师介绍，采用3D打印制造火箭发动机这种带有精细复杂结构的部件，并用于热火实验和最终飞行，本身就是一项巨大的挑战。
本文所揭示的，仅是整个制造过程的冰山一角。最后请大家欣赏带有3D打印发动机部件的龙飞船反推测试片段，龙飞船已被SpaceX于一周前发射。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：采用3D打印制造火箭发动机的设计与工艺考量