3D 打印火箭:现代的高效定制制造

3D 打印火箭:现代的高效定制制造

3D 打印曾被认为是塑料快速原型制作环境和实验室领域的一项新技术,但现已成为火箭制造这一迷人行业的重要工具。工程师和制造商现在使用金属 3D 打印技术来制造 3D 打印火箭,这一发展可能使太空探索变得比以往任何时候都更加可行。

如何以及为何打印 3D 火箭

3D 打印能够制造大多数制造技术无法实现的定制形状,而且经济实惠,因而广受欢迎。航空航天工业经常需要新奇的部件,因此 3D 打印自然而然地成为了最佳选择。正如更典型的塑料 3D 打印一样,火箭开发中的金属 3D 打印可大大减少设计创意原型的时间。

3D 打印火箭系统

使用 3D 打印火箭系统,可大大加快重复制造和测试速度,因此从资金和时间的角度来看,都具有极大的发展优势。传统的火箭制造需要最先进的设备和复杂的工具设置,因此改变设计极为困难,成本也很高。然而,3D 打印可以大大改进与刚性制造技术相关的必要工具和设置。通过 3D 打印,火箭行业找到了一个经济高效的解决方案。

3D 打印的优势

3D 打印在火箭技术中的另一个显著优势是减少了零件数量。例如,火箭的大部分体积被燃料所占据,这意味着它必须将燃料安全地储存在防漏、隔离的舱室中。传统的制造技术需要大量的紧固件、垫圈和 O 型环,才能有效隔离燃料种类,并保证火箭安全、正确地运行。

传统火箭的零件数多达 100,000 个,但 3D 打印火箭可将零件数量减少到 1,000 个左右。3D 打印可以大幅减少火箭燃料箱和发动机中的零件数量,并提供高度优化的结构,以减少人工、降低成本,并优化性能。这种设计空间的灵活性有助于优化重量、燃油流量和热管理,而优化带来了效率。火箭效率的提升可直接转化为火箭功率和可飞行距离的增加。

3D 打印火箭的三大领军企业

SpaceX:SpaceX 不仅制造了史上最强大的火箭和第一批可重复使用的安全着陆火箭,而且还在整个制造过程中使用 3D 打印。最值得一提的是,SpaceX 采用金属 3D 打印技术打造了 SuperDraco 引擎,该引擎用于载人和载货的 Dragon 飞船。

Relativity:这可能是世界上最著名的 3D 打印火箭制造商,其制造过程几乎完全依赖于 3D 打印。Relativity 利用定向能量沉积 (DED) 和直接金属激光烧结等专利技术来制造 3D 打印火箭。该公司最显著的成就在于制造工艺,坐拥已获得专利的数据驱动机器学习算法,可以优化其专有的 3D 打印机系统 "Stargate" 的控制回路,该打印机也是世界上最大的金属 3D 打印机。

Ursa Major:这家总部位于科罗拉多州的初创公司与 Ball Aerospace、ULA、NASA 和 Lockheed Martin 有着密切的联系,专注于微型和纳米卫星发射市场的商业化。这些火箭重新定义了“短小精悍”的含义,因为它们能产生超过 5000 磅的力,并且大约相当于一个背包的大小。Ursa Major 依靠 3D 打印技术制造高度优化的火箭发动机,可以为企业推动小型、有效的通信卫星。Ursa Major 的目标是成为名副其实的大规模部署小型卫星的组织。

3D 火箭打印的未来

3D 打印火箭可能是太空飞行的未来,将我们的火箭能力推向新的高度。许多火箭公司和初创企业都在探索和利用 3D 打印技术,哪怕只是用于少许关键部件,也能让工程师以更快的速度探索设计空间。可以肯定的一点是:弄清楚如何将这些 3D 打印机带上火星只是时间问题。