9月28日，SpaceX星舰第14次飞行任务取得重要突破，星舰首次进入地球轨道并完成卫星部署。但任务过程并非一番顺利，多台发动机出现故障，马斯克在本月对3D打印技术也有一些谨慎的评价。 此次星舰飞行配备39台猛禽3发动机，其中一级超重型助推器搭载33台（均为海平面版），二级飞船搭载6台（海平面版和真空版各一半）。 在上升阶段，助推器一台猛禽3提前关闭，但并没有影响整个上升过程，星舰依然向高空加速。在级间热分离之后，星舰飞船点燃自己的6台发动机，超重型助推器大部分发动机关闭开始返回。 星舰火箭发动机舱内部的景象，中间有三台“海平面”猛禽发动机，外环有三台“真空”猛禽发动机。其中一台可控中心发动机用于入轨和脱轨燃烧。 但在此之后，助推器和飞船均有发动机出现问题。 助推器返回过程中，参与后续着陆的中心发动机里，有发动机提前退出，好在后续发动机重新启动，最后成功受控溅落。 在星舰飞船完成主要上升段、即将执行入轨燃烧前，星舰上面级一台真空猛禽3提前熄火。Spacex甚至一度正式宣布放弃入轨，因为他们无法确认是单台发动机自己的问题，还是整个推进系统存在更深层的故障。 在上升段结束，所有主机关机、进入太空滑行时，Spacex决定重新点燃一台海平面猛禽3来抬升轨道，最终成功入轨。但那台提前熄火的真空猛禽3，并未再启动。 实际上在历次的星舰飞行过程中，都遭遇过多台发动机失效的情况，Spacex确实并没有表示这是否与激进使用3D打印技术相关，但马斯克对一个提问的回复却值得引起注意—— “许多螺栓连接的法兰被焊接接头取代。这大大减轻了质量并减少了泄漏路径，但也使某些部件的更换变得更加困难。。。。虽然理论上删除部件听起来很容易，但实际上却很难做到，需要反复试验。” 这段描述指向的是使用焊接代替螺栓和法兰，但同样是3D打印正在推动的重要方向。 如今，商业航天领域大量使用3D打印正基于这样的叙事展开——大规模合并零件，大幅度减少零件数量，大量减少接头、螺栓、焊缝，实现整体结构一体化制造，减轻发动机重量、提升推力。 但3D打印在为发动机带来性能飞跃的同时，也可能引入新的、更隐蔽的故障模式。 从金属3D打印本身来看，随着发动机越来越多的使用一体化制造，质量控制的重要性也随之提高。但该技术本身的制造过程可能产生微观孔隙、未熔合或微裂纹，而发动机燃烧室、流道和高温承力部件又长时间承受高压、热循环和复杂载荷，因此缺陷控制、无损检测和过程监测仍是必须解决的问题。 对于采用高度复杂内部流道的一体化发动机部件而言，流道尺寸偏差、表面状态、局部缺陷以及实际流动特性，都需要经过严格验证。 此外，一枚火箭通常搭载多台发动机，制造一致性的重要性会被进一步放大。一个重要挑战在于，能否让关键尺寸、材料性能、内部质量和最终性能稳定地控制在规定的工程窗口内。 在讨论这些潜在故障模式的同时，也需要看到马斯克对猛禽3和3D打印的定位。 本月，马斯克提到，“我不建议任何新公司尝试生产Raptor 3，虽然这台发动机从外观上看相对简单，但其内部结构却十分复杂”。 他还表示，“3D打印技术使我们能够将辅助流道集成到主要部件中。但是，我不建议将3D打印用于批量生产，因为它速度太慢且成本太高。” 这里的关键在于，马斯克并没有简单地说3D打印让猛禽3更便宜或更快，而是强调3D打印使部分复杂部件制造成为了现实。 这意味着，3D打印对猛禽3的价值首先体现在设计和结构实现能力上，而不是简单替代传统量产工艺。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#星舰 #3D打印

2026（第九届）中国航空科学技术大会于近日举办，根据中国航空学会于9月12日公布的名单，在超100个获奖的项目中，直接点名3D打印或增材制造的课题有5个。 （该获奖名单来自中国航空工业学会官网公开） 从获奖名单的项目名称以及当前国际用户新的实践，不难发现航空领域对3D打印技术的应用发生了新变化。 ➡️ 3D打印极限特征的应用探索 在获奖名单中，科技进步一等奖是一项与航空发动机相关的高温合金薄壁结构应用。 研究论文《激光粉末床熔融成形IN718高温合金薄壁组织、缺陷及力学性能研究进展》指出，为满足航空航天高端装备迭代发展的需求，新一代航空发动机通过采用超轻量化结构与空心化设计，确保金属薄壁关键构件在高温高压、高温氧化与化学腐蚀的极端环境中保持性能稳定。 过去，航空发动机巨头GE公司，已经将大量3D打印的部件安装在航空发动机上，如燃油喷嘴、低压涡轮叶片、燃烧室混合器、导流器、热交换器等等，证明了该技术应用的可行性。 但这些应用中，3D打印材料的可打印性与零件特征与高温合金薄壁结构相比，完全不同。 适用于热端部件的高温合金往往裂纹敏感性极高，3D打印的工艺窗口窄，且易变形和开裂。尤其是打印较大尺寸的薄壁结构时，成功打印就更加困难。 当前，航空领域对采用3D打印技术直接生产小型涡喷发动机的趋势越来越明显。我国在去年成功开展多次试飞实验；国外企业蜂巢公司新订购了30台金属3D打印要批量生产此类发动机。 面对新的制造需求，开发兼具高精度、高性能和复杂结构高温合金薄壁构件的一体化制造技术，是实现航空发动机高温长时服役的关键突破口。 此类难成形材料以及带有极限特征结构的稳定打印技术研究，对于未来航空发动机的制造工艺升级具有重要意义。 ➡️ 3D打印大型一体化结构的进化 2022年，央视就在一档节目中报道，“3D打印技术在飞机上的应用，我们已经达到规模化、工程化，在世界上处于领先位置”。 如今，3D打印技术的应用已经不再局限于小零件、单一部件，而是要做更大尺寸规模的应用，不仅仅是那些在十几年前就已经被报道的几米长的大型钛合金结构。 行业正在做的是如翼身整体结构这样的打印。 例如，空客公司在2015年前后就提出了未来飞机的整个主体结构框架将采用3D打印技术整体制造出来的构想。 瑞典防务集团Saab AB与美国Divergent Technologies公司，在去年宣布成功采用3D打印技术制造了长达5米的一体式无人机机身。 而我国王向明院士，在2020年公开发表的《飞机新概念结构设计与工程应用》论文中，就提到了渐进式实现整体式构件3D打印制造的理念。 但技术的应用需要进行充分的验证，例如打印过程中的变形控制和缺陷难题，大型复杂结构的长期服役可靠性，疲劳与损伤容限问题等。 ➡️ 民用航空3D打印应用的进展 此次商飞参与的“民用航空航天高强铝合金增材制造关键技术及应用”项目，获科技进步奖二等奖。 在2025增材制造产业发展论坛上，中国商飞增材制造应用研究中心主任、增材制造专业总师张嘉振就提到，中国商飞首次实现了基于国产设备和国产原材料的SLM成形高强铝合金功能一体化零件在大型客机C919上的装机验证。 这实际上在侧面验证了，C919上的3D打印应用或者验证正在加大。 另一方面，国内已经开发了多个对标空客航空级别的Scalmalloy®高强铝合金的牌号，也为航空铝合金3D打印应用奠定了材料基础。 END 如今，航空航天领域对3D打印技术的应用与十年前相比完全是另一局面。 此前关注能不能打印出来，材料性能是否能保证，可靠性又如何。现在追求的是哪些看似不可能的零件也能用3D打印制造，如果要制造需要克服哪些难题，能不能适用于极端场景，以及在极端场景下的材料性能变化等等——这反映出了3D打印技术的应用深化。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

太空金属3D打印是一个非常小众的领域，但笔者近日注意到，国内已经有企业瞄准该场景的应用需求，开发出了能够适用于太空特殊环境的金属增材制造方案。 这家企业就是通历激光，它表示，其自主研发的环形光斑同轴送丝3D打印技术，专门解决高真空、微重力、密闭低氧等特殊环境带来的挑战。 本期内容，我们首先回顾太空金属3D打印进展，以及上述因素如何影响打印，通历激光又是如何解决这些问题的。 太空金属3D打印进展 在太空微重力环境下开展金属3D打印实验、进行原位制造，已经从概念设计走向了工程应用。 最终目的就是要在太空环境直接制造工具、开展维修，而不需要考虑要带什么“上天”，可从根本上解决发射成本高、尺寸受限、补给周期长的问题。 2024年，国际空间站首次接收太空金属3D打印机，在接下来的一年时间内完成了多次试验。 2026年，我国太空金属3D打印取得重大突破。1月，中科院力学所在力鸿一号遥一飞行器上开展了分钟级的太空金属3D打印实验，使该技术研发正式进入工程验证阶段；4月，中科院力学所在轻舟试验飞船上再次开展演示验证，使我国初步具备了太空金属3D打印关键技术的系统验证能力。 以上便是全球范围内太空金属3D打印的进展情况，所采用的工艺类型均为激光熔丝技术。 太空金属3D打印的难点及通历解决方案 在太空微重力、高真空、密闭空间和极端温差造成的综合作用下，激光熔丝技术的设备稳定运行和成型都存在巨大挑战。通历激光指出，其开发的方案正是围绕这些困难而设计。 1. 微重力下熔池易失控 在地面重力环境下，熔融金属会自然下沉和铺展。但在太空微重力环境下，液态金属的行为由表面张力和毛细力控制，会造成熔滴球化、沿丝材“往回爬”等问题。 针对该难题，通历激光推出的是环形激光+同轴送丝方案，采用Z型垂直居中送丝结构和环形光斑完整包裹金属丝材，形成360°均匀能量分布，这种均匀加热可消除加工方向的限制。 这种“光包丝”的同轴送丝方式使材料的利用率更高。配合其自研的高精度伺服送丝校直一体化单元，通历激光表示可确保丝材稳定、垂直送入光斑中心，避免微重力下的送丝易偏斜问题。 通历激光强调该装置能够实现反重力打印，均匀的能量输入有利于保持熔池稳定，减少气孔、成型不均等问题，满足多角度、全位置及复杂姿态下的打印需求。 而针对铜等高反射金属，通历激光表示，还可拓展红蓝光复合光源，结合同轴CCD视觉监测系统实时观察熔池状态，为工艺参数优化及闭环调控提供支持，拓展航天特种材料的打印能力。 2. 高真空，散热难、蒸发猛 真空环境下的热量几乎只能通过热辐射散热，而同时，真空下金属的沸点会明显降低，更易蒸发。这些金属蒸汽会像“镀膜”一样污染光学镜片，不仅可能遮挡激光，还可能造成更严重的后果。 对此，通历激光进行了全密封光路+实时监测设计。 在核心光学系统内部冲入了保护气体进行全密封正压设计，使外部粉尘、水汽、金属蒸汽无法进入，能够有效防止镜片污染。 同时，整套装置还配备了OPT光路实时监测系统，对镜片温度和光路运行状态持续监控，一旦出现异常可自动触发警示与联动保护，这对密闭环境下的长时间安全运行至关重要。 PT光路实时监测系统 3. 空间有限，维护困难 在太空环境下开展3D打印实验的另一现实难点，是空间站的空间有限，这给其安装和维护就带来了一定困难。以国际空间站的金属3D打印设备来说，其大小就进行了特殊定制。 通历激光对激光头进行紧凑和轻量化的结构设计，使其满足太空舱、真空密闭舱等有限空间的安装需求，并且能安装在机械臂、龙门等多种运动平台上，使其适用于空间站外部维修等操作，便于不同设备的集成与改造。 此外，它还采用了送丝机构的模块化设计，可根据舱体结构选择不同安装方式，便于与各类真空密闭设备进行集成。这对安装提供了灵活性，同时也让设备的维护更加方便。 讨论 针对高真空、微重力、密闭空间等特殊使用场景，通历激光采用环形光斑、密封光路、全位置打印、高精度送丝、智能监测及模块化集成等技术，提升了激光送丝增材制造系统在复杂环境下的适应能力。 此外，该公司特别指出，该系统核心光路结构均为自主研发，实现了国产化自主可控，不依赖进口器件，这对航天级应用的供应链安全来说至关重要。 虽然太空3D打印远没有到达实质应用的阶段，但已经有企业开始了预研，我国的太空科研和建设取得更大进展将指日可待。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#太空金属3D打印 #3D打印

澳大利亚皇家墨尔本理工大学增材制造技术中心（RMIT ），近日展示了一款金属3D打印的新型晶格结构，与我们以往对此类结构的认知完全不同，它能够在多个方向伸缩。 该中心已就这项发明提交了专利，目前处于申请中的状态，完整的说明书和权利要求也尚未公开，但发明者已就相关质疑进行了简短讨论。 ➡️ 金属3D打印晶格从固定到可变形 工程中常用的金属3D打印晶格结构包括体心立方、面心立方或螺旋曲面结构，它们通常被集成在结构中用于减重、散热或缓冲。组成晶格的支柱长度、角度、连接方式都是“锁死”的，拓扑形态通常固定、无法变形。 这种设计的优势是突出轻量化、高比强度或比表面积，但代价是功能单一，设计成什么样就只能干什么用。 而RMIT这项最新的发明，将可伸缩的概念引入了支柱晶格，在两个方向都可以伸缩。这种很新型的结构被介绍为可以在不牺牲强度的前提下进行伸长、压缩以及重复配置。 这意味着同一个晶格结构可以根据外部载荷或功能需求改变自身的结构，让晶格结构从被动承载转变为主动适应，对于一些未来应用似乎很有吸引力。 例如，在航空航天领域它可以用于制造可变形机翼结构、可展开的天线；在太空领域，它为制造可折叠、可展开的大型桁架带来了新设计思路；此外，RMIT还指出它在生物仿生植入物、建筑结构、机器人等领域也用应用场景。 ➡️ 引发“强烈”学术讨论 针对该结构的介绍也仅限于此。很多专家学者在惊讶3D打印晶格竟然还能这样“玩”的同时也提出质疑。 而回复相关质疑的，正是RMIT团队的研究员Jordan Noronha，他曾经采用3D打印制造出一种TiC4多拓朴结构的轻质、高强机械超材料，一度引发行业内外关注。 图中为马前教授及Jordan Noronha研究员 伯明翰大学先进材料加工教授Moataz Attallah提出了第一个专业问题，“这个想法很不错，但如何与拉胀结构进行比较？伸缩特性可能导致轴向错位，从而损害结构完整性”。 拉胀结构的重要特征是负泊松比，是近年来3D打印功能性超材料的研究热点。这种结构在受拉伸时横向膨胀，受压缩时横向收缩，这种特性使其在能量吸收和抗冲击等方面很有优势。 来自江苏科技大学的一项关于负泊松比结构研究 而RMIT可伸缩晶格与拉胀结构在变形特点上很相似，Jordan Noronha的回应也很坦诚，他表示尚没有对拉胀结构进行对比，但他们已经开发了一种锁定结构来解决错位问题，支柱在达到所需的长度后能够固定，从而提供刚度。 埃克塞特大学Ken Evans教授的评论更为直接，他表示很难看出这种结构如何保持强度，以及为什么只能在两个方向实现收缩。 Jordan Noronha回复到，强度问题可以通过锁定结构解决；而支柱晶格可以实现三个方向伸缩，并根据具体区域改变伸缩长度，当前展示的只是特定构型。这就意味着可伸缩晶格可以单独设计伸缩方向、伸缩量，从而实现功能复杂的整体形状变化。 从事冶金与材料工程的工程师Adem Korkmaz提出了工程化的问题，伸缩区域的应力集中和局部刚度变化是如何处理的？对重量-刚度平衡有什么影响？ Jordan Noronha表示，为解决应力集中问题，他们在伸缩节段之间的台阶变化处进行了支柱内部增强，或大混合半径变化的过渡方式。这些设计仍在优化中，但只要结构锁定，强度会非常高 RMIT支柱内部增强方式研究 根据笔者对该团队晶格结构研究的跟踪，他们将历年来的研究成果集成在了该新型结构中，上述提到的设计方式已经在此前的论文中体现过。 在主流学术界集中在3D打印实体支柱晶格的性能时，RMIT多年来在晶格结构创新设计方面独树一帜，尤其擅长中空支柱晶格的各类型设计及对应的力学性能研究。 其实RMIT展示的这种结构是不是已经解决了所有问题并不重要，它更多的是带给我们一些思考，那些被认为已经固定下来的结构形式仍有很多探索空间。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#晶格结构 #3D打印

2016年5月，惠普正式发布了其第一台3D打印机，一种基于墨水喷射的聚合物粉末床增材制造设备。接下来的十年时间内，惠普发布了至少6款产品，打印的材料类型开始覆盖到金属和聚合物丝材。 惠普增材制造解决方案高级副总裁兼总经理Alex Monino表示，增材制造部门的业务如今正以25%的速度增长，这是该部门自成立以来发展最强劲的时期。 ➡️ 技术研发：从“一张白纸”到颠覆性创新 Monino提到，部门研发人员起初对比了SLS、FDM和SLA技术的制造特点及可扩展性，发现SLS工艺具有优异的机械性能但产能较低，光固化技术已经实现了技术飞跃，当时的FDM市场规模也远不到现在的规模。 加上当时团队规模小、资源有限，惠普最终将重点放在粉末床技术上。结合其自身在热喷墨技术上具有技术沉淀，最终发明出MJF多射流熔融技术。笔者仍然记得该公司在最初公布这项技术时，所带来的行业震动。 ➡️ 市场策略：绝不打价格战 面对惠普强势突入3D打印行业，国内外制造商在研发新技术的同时，也出现了低成本SLS设备的竞争。但惠普明确表示不参与低价竞争，而是依靠生产力、可靠性和零件质量来赢得客户。 笔者发现这一策略在Metal Jet金属3D打印领域同样适用。国内一位从事粘结剂喷射金属3D打印技术多年的企业负责人，曾多次建议惠普降低设备价格来打开应用市场，但事与愿违。 但惠普从去年开始发布的一些新机型意味着其市场策略发生了一些变化——相继发布挤出3D打印机HP IF 600HT以及紧凑型的工业级MFJ 1200，将使惠普的客户向更广泛的群体覆盖。此前由于成本问题而对惠普技术犹豫不决的用户，如今可以不用那么纠结。 HP MFJ 1200 HP MFJ 1200是惠普增材制造部门成立十周年推出的最新机型，该公司对它定位更加深远。其指出，这款设备具有较小的成型尺寸，用户可以在这台设备上完成原型验证与小批量生产，然后再切换到大型生产系统。 笔者认为这其实是开创了一种应用场景，这部分用户可能只是中小企业或实验室，购买大型设备无力承担，此前的原型制造只能外协。而HP MFJ 1200更像为这类用户量身打造，尺寸虽小但能满足使用要求，以较小成本就能使用同类技术。而且，这似乎也是对如今发展极为迅速的桌面机SLS 3D打印机市场的回应。 HP IF 600HT ➡️ 惠普的增长主要集中在哪些领域 惠普衡量业务增长的方式与很多公司不同。Monino指出，他们以零部件而非机器装机量来衡量业务，因为对零部件需求最终会驱动机器的采购。 惠普3D打印技术在各行业的应用量，其实遵循整体的行业规律。 目前，该技术在汽车行业应用仍然较少。该公司的大部分业务是向服务机构销售增材制造设备，以通用汽车为例，他们在底特律地区拥有多台惠普的机器，用来开发工艺流程、小批量生产、制作原型等等。一旦投入生产，他们就会将生产外包给一级或二级供应商。然后，这些供应商使用惠普的机器为通用汽车供货。但Monino提到，他们超过60%的已安装机器都交给了服务提供商。 矫形器和假肢行业的数字化普及率虽仍低于8%，但在持续增长；国防和无人机行业则是另一个巨大的增长领域。笔者此前曾介绍到，惠普为展示MJF技术在无人机领域的应用潜力，还特意开发了一架无人机用于展示。 惠普无人机3D打印应用 再就是数据中心以及机器人行业。 金属3D打印散热应用正在全球行业快速增长。惠普及其用户已经开发出了纯铜及铜合金的粘结剂喷射3D打印工艺，且实现了散热零件的无支撑批量打印，覆盖从小型散热片到中等尺寸组件的多种规格。 Metal Jet技术打印的纯铜散热零件 MJF技术3D打印的机器人小车 对机器人3D打印应用而言，惠普的外部服务机构已经接到了大量来自机器人公司的订单，而这些公司目前仍处于产品开发的原型阶段。惠普另一位技术高管同样谈到了来自无人机行业的机遇，他指出该市场迭代速度很快，但也提醒说尚未达到规模化。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印

7月9日消息，Venus Aerospace（维纳斯航天公司） 于近日完成9100万美元融资（约合6.18亿元人民币），洛克希德·马丁风险投资公司等参与了投资。 Venus采用3D打印技术以极快的研发速度和资本效率，在2025年5月，成功完成首次高推力旋转爆震火箭发动机的飞行测试。 报道提到，本轮融资将用于该公司扩大研发和生产规模，推动3D打印爆震发动机的规模化部署。 本文内容我们将分享旋转爆震发动机的与众不同之处，为什么要用3D打印制造，以及所涉及的工艺和材料。 旋转爆震发动机的优点及制造难点 大多数火箭发动机的工作原理为：燃料和氧化物被泵入燃烧室，燃烧产生的热量使气体膨胀，膨胀的气体通过发动机喷嘴排出，从而产生推力。 旋转爆震火箭发动机通过沿环形通道的一系列小型爆炸，产生超音速能量波，并将其从发动机尾部排出，这样就产生了连续推力。 火箭发动机的效率很大程度上取决于尾焰的速度，而旋转爆震火箭发动机能够实现超音速喷射。这种方法可以极大提高飞行效率，从而大幅提升运载能力和增加飞行航程。以Venus为例，其将轨道载荷增加了4倍。 旋转爆震火箭发动机的设计非常紧凑型，为额外的燃料、传感器和有效载荷腾出了空间。而且，其简单的设计所需的零部件更少，有望实现低成本生产。 然而，制造这种旋转爆震发动机并非易事。普惠公司先进军用发动机首席工程师史蒂文·伯德解释说：“听起来很简单，但要让物理原理发挥作用却并非易事。当你真正想让设计在合适的燃料和合适的运行条件下始终如一地实现预期性能时，这才是真正的挑战。” 主要挑战之一是完善喷射系统，它需要以精确且可重复的方式混合和喷射燃料。可以想象，此类发动机的设计极其复杂，它包含无数细小的通道将燃料和氧化剂输送到圆形通道，而且所有部件都必须正确对齐，爆震序列才能正常工作。 几十年来，旋转爆震火箭发动机主要停留在纸面上。燃烧环境、超音速爆震波、极高的热通量以及快速循环的压力，使得传统的机械加工难以满足硬件要求。 直到金属3D打印技术日臻成熟，该类发动机的产品化极大提速。 为什么要通过3D打印制造 3D打印能够制造出其他方法无法实现的复杂集成结构，例如冷却通道、流道和喷射器喷嘴，并可搭配能够承受旋转爆震火箭发动机内部严苛环境的先进合金，从而使其效率远超传统的化学火箭发动机。 近些年来，国内外在3D打印旋转爆震发动机领域均取得了显著进展。 NASA旋转爆震发动机 NASA在2023年成功进行了一次全尺寸旋转爆震火箭发动机燃烧室的热火测试，持续了251秒，实现了超过5800磅的推力。 Venus Aerospace则是2025年完成了首次飞行测试，让各方资本看到了投资的潜力。 2026年，Astrobotic公司完成了其Chakram旋转爆震火箭发动机的一系列热试车。有趣的是，它在发动机3D打印制造过程中，主动引入了孔隙，目的是促进冷却和流体流动。 关键的3D打印材料 爆震产生的高温、高压和高频振动，会给发动机材料带来严酷考验。 笔者查询到目前主要被使用的3D打印材料包括铜合金、高温合金、铝合金等。 使用L-PBF打印GRCop-42和IN718喷注器主体 以NASA为例，其将高导热的GRCop -42铜合金，用于推力室主热壁的3D打印制造，能够快速将热量从壁面散发出去，满足最低温度要求并防止熔化；采用能在极端环境使用的超合金GRX-810，在高温下保持高强度。 瑞士学术空间倡议组织 (ARIS) 采用铜镍硅合金3D打印了旋转爆震发动机，能够满足爆震燃烧环境下主动冷却的热需求。 Astrobotic旋转爆震发动机测试过程 Astrobotic采用铝合金和铜合金制造了关键部件，通过主动引入孔隙结构，他们制造出了具有“面冷却”能力的复杂结构火箭发动机喷注器。其所开发的发动机在今年完成了热火测试，其中包括一次长达300秒的连续燃烧，验证了孔隙引入技术的有效性。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#爆震发动机 #3D打印

气动塞或者叫做气动尖锥式发动机，是当前3D打印技术制造的热点之一。 这是因为它代表了航天发动机的下一代研究方向，但其被提出已经有70年历史。因为形状复杂，过去采用传统技术难以制造，以至于到3D打印技术开始普及之后，才再次引起了一些新兴商业航天企业的兴趣。 该类型发动机目前的研究重点涉及喷嘴设计，3D打印材料、工艺和后处理技术，来应对高热量和机械强度的极端要求。 3D打印制造气动尖锥发动机的设计挑战 该类型的发动机依然需要“再生冷却”机制，然而实际情况是，气动尖锥产生的热量非常高，仅靠传统的再生冷却策略无法满足系统层面的需求。 两家欧洲公司——Pangea Aerospace和Aenium Engineering此前曾开发了采用液氧和液态甲烷作为燃料的3D打印气动尖锥发动机。 他们利用环形气动尖锥特有的双层壁结构，将冷却系统分为两个回路。尖锥的尖端部分，即所谓的塞子或尖锥，采用液氧冷却，而外壳则采用液态甲烷冷却。这样一来，气动尖锥的传统缺点就变成了优势。同时，他们还开创了一种新的通道设计方法。 Pangea采用了逐点优化方法，通道形状更接近自然变化。冷却剂性能的急剧变化要求通道形状也必须有同样剧烈变化，以避免材料过冷或过热。新设计能够将复杂的冷却问题分解成许多微小的部分，并对每个部分进行优化，实现最高效率。这基本意味着在每个部分都尽可能接近材料的最高工作温度。 外壳的加工内表面，可见冷却通道 优化过程必须多次迭代，通过在方程中引入粗糙度和曲率，进一步探索无限的设计自由度。由于几何形状和冷却剂流动方向的限制，传统通道的曲率会对气动尖锥发动机会产生不利影响。 为了减轻这种影响，Pangea在另一个平面上引入了螺旋状的人工曲率，通道的螺旋形状通过离心作用迫使冷却剂紧贴壁面，从而进一步提高了传热效率。 3D打印的表面粗糙度是影响传热和压降的重要因素，但粗糙度对于提高关键区域的传热至关重要。制造商在构建过程中调整了相关参数，并通过增大关键区域的悬垂角度来利用增材制造结构本身固有的粗糙度变化。 气动尖锥发动机的外壳 除了结构复杂之外，气动尖锥的热管理也极具挑战性。该结构包含两个燃烧室表面，这两个表面都暴露在高温气体中，需要用等量的推进剂进行冷却。这就要求开发一套复杂的内部歧管和冷却通道系统。这些通道具有不同的方向和横截面，并以传统减材制造工艺无法实现的方式交错分布在结构中。 3D打印后处理挑战 增材制造在设计具有整体特征的单件零件时面临的最大挑战之一，是如何清除无法接触到的通道内部的残留粉末，例如冷却通道和衬里、进出气歧管、传感器端口。 同时，在机械加工、抛光和防腐蚀后处理过程中产生的切屑、毛刺和废料也必须清除；如果不清除，它们可能会造成损害，甚至导致发动机在点火过程中失效。此外，清洁过程本身也不能污染发动机或带来腐蚀风险。 考虑到气动尖锥发动机固有的几何复杂性及其极其复杂的冷却通道，要以简单、高效、经济且可行的方式实现这一目标绝非易事。 以本文展示的发动机为例，为了确保发动机内不残留任何碎屑，开发团队在结构中集成了多个粉末去除开口，为外壳和插头设计了一套特殊的排气通道和端口系统，尽可能的减少操作次数。 这些设计从制造过程的开始到结束都贯穿始终，这证明，如果从一开始就正确地采用增材制造设计方法，即使是最具挑战性的项目也可以通过实施相对简单的操作来实现。 另一个具有挑战性的领域是悬垂表面的可打印性及其与表面粗糙度的关系。以火箭发动机最重要的部件之一——内衬为例，它能确保高温气体侧和冷却剂侧之间进行有效的热交换，防止结构材料熔化。 而这一切的前提是内衬的最终尺寸和表面粗糙度必须满足极其严格的要求。这些设计限制需要推进（功能）部门、设计部门、结构分析部门和制造部门之间协作进行多次迭代，最终才能形成可以进行打印的设计。 END 增材制造是一种相对较新且先进的制造技术，它有其自身独特的优点、缺点和后处理要求。对于气动尖锥这样的高复杂度产品，3D打印将原本由成百上千个零件组装而成的复杂结构转变成一到两个部件，不仅简化了发动机的装配和连接，降低了人力成本，还极大提升了产品性能。 此外，随着AI技术的发展，人功智能技术已经被引入到气动尖锥发动机的设计流程中，借助3D打印极高的复杂设计自由度，该类型发动机正在迎来新的研发热潮。 注：本文由3D打印技术参考创作。#发动机 #3D打印 #铜合金 #后处理

GRX-810超级合金，是3D打印行业近几年开发的最重要的材料之一，它由NASA格伦研究中心于2022年首次推出，并于2024年投入商用。 该材料的关键开发人员蒂姆·史密斯，因推动这款材料从概念阶段发展成为完全商业化的产品，而荣获美国宇航局年度商业发明奖。 3D打印技术参考注意到，蒂姆·史密斯于近日首次解释了该材料为什么如此重要，并透露NASA正在针对该材料拓展更多3D打印工艺，这预示着GRX-810将会有更广泛的应用。 ➡️ GRX-810的开发背景 史密斯提到，Nasa格伦研究中心的工程师大约在七八年前，曾希望利用3D打印技术来制造喷气式涡轮发动机燃烧室穹顶的新结构。问题在于，它必须在约1100摄氏度的极高温度下运行。 但是，他们使用当时市面上已有的高温合金3D打印出来的部件，都在测试中失效。于是他们找到材料研究人员，询问是否可以买到其他能够承受高温的3D打印材料。 史密斯团队告知没有，同时萌生了开发能够用于3D打印的新型高温合金的想法。这便是该材料研发的开端，最终催生了GRX-810合金的诞生。 ➡️ 性能表现让开发人员意外 对于该材料是否容易打印，史密斯表示GRX-810只是在原料中添加了纳米氧化物，使用常规参数、甚至不需要加热底板就可以打印，而且材料密度高，性能强悍。 让研究团队意外的是，该材料的抗蠕变性能同样突出。之前的ODS合金预期寿命约为80-100小时，这已经是普通高温合金寿命的五倍，而GRX-810的使用寿命达到了6000小时甚至更长。 这远远超出了研究人员的预期。过去几年，他们一直在努力探究其性能提升如此显著的原因。 史密斯提到，“这是一种非常神奇的合金，我们仍在不断了解它的新特性。早期型号的成分几乎完全符合预期。每当我们试图改变成分时，通常只会适得其反，这种合金的研发过程非常有趣。” 这些性能表现不仅吸引了航空航天领域的用户，能够用于航空航天发动机燃烧室超高温抗氧化零件，同时也收到了来自汽车领域的咨询，例如它可以用于制造F1赛车的涡轮增压器、高温测试夹具、温度探头、腐蚀性环境仪器等极端应用场景。 ➡️ 拓展多种3D打印工艺制造GRX-810 目前，GRX-810已完全适配激光粉末床熔融3D打印工艺，但史密斯透露NASA正在拓展更多其他工艺来制造该材料。 其指出，LPBF是当前具有最高技术成熟度的3D打印工艺，但其打印尺寸、打印效率均有限，如果需要快速制造大型物件，激光粉末床熔融工艺可能并非最佳选择。 而且，该研究团队还收到了采购GRX-810板材的行业咨询，但史密斯指出它是一种完全用于3D打印的合金，只能通过增材制造技术生产，这也是他们希望探索其他具有更高沉积速率的增材制造技术的原因。 笔者查询到，NASA正在探索使用能量沉积丝材和冷喷涂技术3D打印GRX-810的方法。 史密斯指出，他们已经采用丝材3D打印了一些 GRX-810 部件，但并未指出使用的激光还是电弧。同时，笔者认为采用激光的可能性更高。 此外，笔者从其他渠道还查询到，犹他大学、宾夕法尼亚州立大学和Elementum 3D公司获得了NASA小型企业技术转移 (STTR) 第一阶段拨款，用于开发GRX-810的冷喷涂增材制造技术。 无论是基于丝材的激光或电弧能量沉积，还是使用冷喷涂，这些技术都能够以更高的速度3D打印更大尺寸的零件。 最后， 笔者于近期还注意到一条信息，国内有企业发布消息称，已经成功研发出国产版的GRX-810合金粉末。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#GRX810 #3D打印 #超级合金

5月23日，SpaceX的V3版“星舰”顺利完成首飞测试，同时这也是全新的猛禽3发动机首次执行实际飞行任务。 本次任务里，星舰一级配备33台猛禽3发动机，二级搭载6台。笔者查询到，它的起飞总重量为5533吨！ 39台发动机接力，成功将载荷送入预定轨道，但整个飞行过程中也出现了多处发动机异常。 在起飞后大约1分45秒时，一级火箭的1台发动机出现异常关机，好在此时已经越过了最大动压区；不过，凭借充足的推力冗余设计，这次故障并没有影响星舰继续飞行。但一级火箭在返回过程中，多台发动机重启失败，最终导致失控，坠入海面。 有分析指出，在上升阶段出现异常的发动机，在前期飞行过程中出现了结构损伤。 二级火箭点火后，同样有1台发动机出现了异常关机，剩余5台发动机通过延长工作时间完成了任务。在返回阶段，依靠2台发动机完成精准软着陆溅落。 中国航天报指出，V3版“星舰”首飞可圈可点，但也暴露出新一代猛禽3发动机仍需改进。 即便如此，猛禽3发动机仍然是代表了非凡的改变。在本次发射前，SpaceX就放出了早期星舰和当前版本的对比图，业内外无不惊叹于其外观的巨大改变。 早期星舰一级搭载搭载29台猛禽1/2代发动机，可以看到外围布满了杂乱的管道和线路；而“现代版”的星舰发动机排列紧凑，外部几乎看不到杂乱管线。这种高集成度、简洁有序的画面，看起来相当解压。 猛禽发动机的演变，证明了3D打印在零件整合和系统优化方面的强大力量。从1代猛禽到3代猛禽，SpaceX对该技术的应用不断加强。 报道指出，猛禽1发动机大约40%的质量采用3D打印技术生产，其中包含涡轮泵和喷油器部件，使生产时间缩短了70%。 猛禽2发动机把原本需要100多个零件组装的结构，进行了一体化设计和3D打印，这意味着焊缝和螺栓的大量减少，不仅让重量因此减轻了450公斤，泄漏风险也大大降低，同时推力也得到了提升。 猛禽3发动机对3D打印技术的的应用更加激进，它完全取消了独立的隔热罩，采用了内部一体化的管路和再生冷却通道，相比猛禽2重量减轻了7%，推力提升了21%，燃油效率提升了10%。 可以说，3D打印让猛禽3发动机实现了传统加工手段难以企及的集成度和性能突破。 而且这种好处还体现在研发效率上，3D打印技术的使用使制造时间再缩短了50%，同时支持了超过300次的快速设计迭代。 作为首次飞行试验，猛禽3发动机顺利将载荷运至目标高度，但也暴露出来了一些问题。毕竟，星舰本身的问题也在不断解决和优化，猛禽3的问题也终将得到解决。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#spacex #3D打印

在3D打印流行之初的十余年间，诞生了一个名词，叫做“面向增材制造的设计”，又称为DfAM，就是要求设计师在基于3D打印技术进行产品设计时，不仅要考虑到它的制造能力，还要兼顾技术的局限性。 这种情况实际上是对工程师的设计能力要求更高了。但是，仅依靠人力去实现SpaceX 猛禽3发动机一样的极致简化会很难，而AI技术的出现则让这种差距正在缩短。 当AI直接能够生成可以3D打印的零件，未来的航空航天设计还需要画图吗？尤其是笔者最近发现，知名人工智能与航空航天企业LEAP 71的创始人正在写一本关于“面向工程师的代码开发”的书籍，上面的疑问更值得深思。 ➡️ AI在部件设计阶段发挥什么作用 使用基于AI的生成式设计，工程师只需要将载荷工况、边界条件、材料属性、设计空间、制造约束及性能目标等”告诉大模型，AI便能生成几十甚至几百种符合条件的设计。 其次是同步进行多物理场拓扑优化。传统拓扑优化过程通常一次智能考虑一种物理场，但AI能够同时优化结构力学、流体力学和热学目标，能够快速生成一个满足多种指标的一体化结构。 最后是让结构自动避免添加支撑打印。当结构变得非常复杂、一体化之后，内部结构需要完全避免添加支撑，此时，模型只需要执行人工输入的代码命令，即可满足3D打印的极限制造特征。 ➡️ 航空领域AI设计+3D打印应用案例 航空领域的AI设计，覆盖机身机构、发动机零件、电器系统等。在机身机构方面，AI设计能帮助实现装备结构的重大变革，实现整体化创新设计与增材制造，结构件数量可减少90%以上，制造周期也能实现倍级缩短。 2025年12月，瑞典高端技术与防务集团Saab AB与美国增材制造创新公司Divergent Technologies，宣布成功采用3D打印技术制造出长达5米的一体式无人机机身。 3D打印技术参考查询到，它使用AI驱动设计，承重结构不再是肋骨或直角纵梁，而是使用设计算法生成了最优载荷路径的有机形体，打印结构比传统机身零部件数量减少了99%以上，重量减轻了约45%，材料浪费也减少了90%。而且，该机身已通过结构载荷测试。 另一个案例来自伦敦初创公司PhysicsX，其开发了名为Ai.rplane的大型几何模型，能够在几秒内生成并评估数千种全新的飞机设计方案。该模型能够学习预测飞机物理特性，如升力、阻力、飞行稳定性和结构应力。用户可以将满意的设计导出为STL文件，并用3D打印机打印出来，以确认它真的能飞！ 在民用航空领域，空客等公司也在探索全新的飞机设计方式。早期，空客已将生成式设计应用在机舱结构优化上，打造出了一种3D打印的“仿生隔断”，重量比以往的同类产品轻45%，强度却提升8%，为飞机轻量化带来了显著突破。 由生成设计并通过3D打印的垂直尾翼 在这一成功的推动下，空客公司利用生成式设计工具重新设计了飞机的其它更多部件，从垂直稳定器到座椅腿、机舱的内部布局，力图实现最佳生产和成本效益。 ➡️ 航天领域AI设计+3D打印应用案例 将AI设计与3D打印技术结合的典范是来自迪拜的LEAP 71公司，它本身并不是航天公司，但近几年正通过一件件的颠覆性设计和发动机试车，来证明其解决方案的强大之处，进而寻求与航天企业的合作。 该公司自主研发了名为Noyron的计算工程AI平台，能够基于物理与工程原理，而非概率推测，直接生成可制造的零部件乃至整机。 2024年，LEAP 71团队仅用3周就完成了此前人类工程师需要数年时间才能实现的研发突破。其开发的液氧煤油气动塞火箭发动机成功进行热试车；2025年，该团队又试车了一台液氧甲烷气动塞发动机。 笔者注意到，Leap 71的这些努力确实给它带来了很多客户，甚至包括国内的商业航天企业。 2025年，国内火箭制造新锐微光启航宣布与Leap 71合作设计的3D打印同轴剪切喷注器成功落地。它的重要意义在于，这是国内首个公开的使用AI设计的实际应用航天部件。 2025年6月，LEAP 71宣布与Aspire Space达成合作，其将使用Noyron工具为后者研发一款可重复使用的大型运载火箭发动机。 直径600毫米的喷油器喷头 写在最后，所有的创新都需要快速迭代，这一点我们从马斯克高频次的试飞星舰就可以发现。通过将工程知识转化为代码，人工智能技术能够在几天内完成过去需要几个月才能完成的工作，这无疑将带来极大的设计变革。 注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印