推動增材制造的極限以實現更加可靠、強大和高效的火箭
摩根士丹利（Morgan Stanley）估計，到 2040年，全球航天產業的收入將從目前的 3,500億美元發展到超過1萬億美元的市場規模，而SpaceX可能是該產業最大的參與者之一。關于3D打印對火箭制造行業的革新作用， SpaceX首席設計師兼首席執行官馬斯克有著精辟的觀點：通過3D打印，可以以傳統制造方法的一小部分成本和時間就能制造出堅固且高性能的發動機零件。
SpaceX正在推動21世紀增材制造的極限，火箭比以往任何時候都更加高效，可靠和強大。
推動增材制造的極限，探索研發與制造的無盡可能
通過3D打印來創建高性能的火箭零件，SpaceX正在推動增材制造的極限，以期使Falcon 9火箭、Dragon飛船以及Starship火箭比以往任何時候都更加可靠，強大和高效。SpaceX于2013年就成功通過EOS金屬3D打印機制造SuperDraco火箭發動機引擎室，使用了鎳鉻高溫合金材料。與傳統的發動機制造技術相比，使用增材制造不僅能夠顯著地縮短火箭發動機的交貨期和并降低制造成本，而相比傳統制造發動機的成本，而且可以實現“材料的高強度、延展性、抗斷裂性和低可變性等”優良屬性。這是一種非常復雜的發動機，其中所有的冷卻通道、噴油頭和節流系統都很難制造。EOS能夠打印非常高強度的先進合金,是創造SuperDraco發動機的關鍵。
SuperDraco發動機為Dragon龍飛船的發射逃生系統提供了動力，并使該運載器能夠以精確的精度推進降落在地球上（并可能在未來的另一個星球上降落）。通過選區激光熔化金屬3D打印工藝制造，鎳鉻高溫合金材料提供了高強度、韌性，及可靠性。
2014年，SpaceX推出了Falcon 9火箭，該火箭具有3D打印的氧化劑閥體（MOV）主體，該閥門在低溫溫度和高振動條件下成功運行。與傳統的鑄造零件相比，3D打印用于制造火箭氧化劑閥體具有卓越的強度，延展性和抗斷裂性，并且材料特性的可變性較低。與以月為單位的典型鑄造周期相比，MOV閥體的3D打印時間不到兩天。此后，該閥門的廣泛測試程序包括一系列嚴格的發動機點火，組件級資格測試和材料測試，從而使3D打印的MOV閥體可以在以后的所有Falcon 9火箭上使用。
就在2019年近日，馬斯克宣布將推出史上最強星際火箭Starship火箭，作為SpaceX的最新產品，高118米（約40層樓），寬約9米。Starship是史上最強大的火箭，不僅能夠往火星、月球運送多達100噸的有效載荷，也能夠載客100多人——且可以進行長期的星際旅行。加上名為“Super Heavy”的助推器，Starship將會直接取代當前的獵鷹9號和獵鷹重型火箭，以及用于貨運和載人的龍飛船。Starship總長度118米，第一級長度為68米，直徑9米，可裝載燃料重量3300噸，燃料和氧化劑分別為液態甲烷和液氧。第一級火箭總共有37個“猛禽”引擎。每個猛禽推進器可以提供200噸的推力，因此發射時的總推力將達到驚人的7300噸。
SpaceX一直致力于將人類帶入火星，并專注于制造可重復使用的發射系統，SpaceX的Raptor發動機設計可重復使用1000次。根據SpaceX的說法，制造過程包括許多3D打印零件，從而可以降低成本并使更輕的零件生產成為可能。3D打印的組件包括推進劑閥體，渦輪泵零件和噴射器系統的零件。3D打印可以大大降低生產成本，并提高發動機的推力重量比，因為它可以生產傳統方法無法實現的更輕的零件。3D打印引擎組件的另一個額外優勢是可以提高設計更改的速度，與幾周甚至幾個月的時間相比，它使研發團隊迅速的完成多次設計迭代過程，從而獲得設計與制造兩個層面的突破。
SpaceX的埃隆·馬斯克（Elon Musk）與新的Raptor火箭發動機
多年以來，SpaceX一直在評估3D打印的好處，并完善開發飛行硬件所需的技術，在此過程中取得了一些重大成功。隨著增材制造行業的發展，我們可以期望SpaceX將繼續通過3D打印技術實現迄今為止所取得的令人難以置信的成果，并繼續以他們對太空的遠見卓識啟發人類對宇宙的探索能力。信念與對新技術的開放態度，SpaceX在不斷開啟新的探索。
Review
3D打印技術已成為航天制造機構搶灘下一代經濟性、可重復利用火箭發動機的重要“籌碼”。國際上這些商業化航天企業在高性能火箭發動機部件制造中大膽嘗試著3D打印技術。談到民營商業航天，在國際上已不乏先行者，例如伊隆·馬斯克（Elon Musk）創建的Space X, 以及亞馬遜CEO杰夫貝索斯創立的Blue Origin。除此之外，還有起步較晚的Launcher、Relativity Space等初創公司。
隨著世界商業航天業的發展，我國開始在政策層面與資本層面上鼓勵民營商業航天的發展。2016年，國務院新聞辦公室發布了《2016中國的航天》白皮書，突出強調“鼓勵引導民間資本和社會力量有序參與航天科研生產、空間基礎設施建設、空間信息產品服務、衛星運營等航天活動，大力發展商業航天”。
在此背景下，我國商業航天業得到發展。北京時間2019年7月25日，北京星際榮耀空間科技有限公司（星際榮耀）公司的雙曲線一號遙一運載火箭（SQX-1 Y1）在中國酒泉衛星發射中心成功發射。
根據3D科學谷的市場研究，國內星際榮耀通過3D打印技術開發的液體發動機渦輪泵部件包括渦輪盤。星際榮耀研發了一種葉片與轉盤一體成型的增材制造渦輪盤，至少兩級葉片成型在轉盤外周上。在此應用中使用的增材制造-3D打印技術為選區激光熔化，打印材料為Inconel718高溫合金。選區激光熔化（SLM）3D打印技術的應用能夠解決電火花等加工工藝在兩級葉片的間距過小或同級葉片間的排列緊密時，受操作空間以及加工精度等影響而導致的渦輪盤難以加工的問題。
根據3D科學谷的市場研究，在液體姿軌控制動力系統研發中，星際榮耀也進行了3D打印探索，并研發了一種可將液體姿軌控制動力系統配套組件集成裝配在一起的3D打印總裝結構。這一安裝結構件的顯著特點在于功能集成，其中的管接頭、機體中的若干條流道等為一體化設計，可通過選區激光熔化或電子束熔化（EBM）技術制造，制造材料為鎂鋁硅合金或鈦合金。這種功能集成的結構能夠減少總裝結構的零部件數量，降低組裝難度，減少制造成本。
3D打印技術已然成為火箭制造的“頂梁柱”，有關應用以及國際航天業在低成本、可回收火箭方面掀起的3D打印技術競爭，
(責任編輯：admin)
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