RAMPT項(xiàng)目（快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)）由NASA的太空技術(shù)任務(wù)局（STMD）旗下的改變游戲規(guī)則（GCD）計(jì)劃資助。這是基于NASA馬歇爾太空飛行中心（MSFC），格倫研究中心（GRC），蘭利研究中心（LaRC）和艾姆斯研究中心（ARC）的共同努力。

      增材制造（AM）為具有復(fù)雜內(nèi)部特征的精密部件（例如以前不可能通過傳統(tǒng)工藝加工出來的帶復(fù)雜冷卻流道的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室）帶來了重大的設(shè)計(jì)和制造機(jī)會(huì)。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，最近通過跟DM3D和奧本大學(xué)的合作，NASA 3D打印了大約2噸重的火箭噴管。

© 來源：奧本大學(xué)

281厘米高的火箭噴管

DM3D是總部位于密歇根州的定向能量沉積 (DED) 技術(shù)領(lǐng)域的企業(yè)，與奧本大學(xué)的國(guó)家增材制造卓越中心 (NCAME) 合作開展其與 NASA 的增材制造 (AM) 研發(fā)項(xiàng)目，以提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

© 來源：NASA

奧本大學(xué)和 NASA處于增材制造研究的最前沿，大約在四年前開始與DM3D合作，當(dāng)時(shí)打印一個(gè)大約兩英尺大小的噴管，當(dāng)時(shí)看起來很大。現(xiàn)在在RAMPT項(xiàng)目的支持下，正在打印的噴管高度是之前的五倍，這是有史以來最大的 3D 打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件之一。

大約 2 噸的增材制造全尺寸 RS25 噴管襯里的確切尺寸為 111 英寸高（281厘米高）和 96 英寸直徑（243厘米直徑）。龐大的零件是在幾個(gè)月的時(shí)間里制造出來的——與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，加工時(shí)間減少了 50% 以上。

根據(jù)DM3D，DM3D的使命是挑戰(zhàn)不可能，其3D打印系統(tǒng)的同軸噴嘴帶有局部氬氣屏蔽，可以保護(hù)此類材料的熔池。可以精確地在零件上的選定位置添加各種材料，從而可以制造具有功能特性的多材料組件。

DM3D專有的直接金屬沉積（DMD）技術(shù)是一種DED直接能量沉積技術(shù)類型的工藝，DM3D能夠在一次構(gòu)建中處理具有多種材料的中型到大型零件，據(jù)稱具有高速的制造速度。

DED定向能量沉積3D打印技術(shù)通過同軸送粉或多噴嘴沉積頭，將粉末與惰性載氣一起注入到零件的熔池中。熔池是由中央激光能量源產(chǎn)生的，通過惰性氣體的保護(hù)以最大程度地減少加工過程中金屬的氧化。

根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，NASA 已經(jīng)建立了類似于與DM3D這樣的公私合作伙伴關(guān)系，通過增材制造技術(shù)推進(jìn)新方法、探索新工藝、開發(fā)新材料和新組件。目標(biāo)是提高技術(shù)準(zhǔn)備水平，以便融入未來的 NASA 任務(wù)和商業(yè)太空應(yīng)用。

NASA與行業(yè)合作伙伴共同開發(fā)了薄壁通道的設(shè)計(jì)。在圖中可以看到DED定向能量沉積3D打印技術(shù)加工的一些通道示例。這些通道演示了可能的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，各種加工路徑策略以及確定的過程幾何形狀限制。

© 來源：NASA

     RAMPT項(xiàng)目集成了幾種先進(jìn)的制造技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)完整的集成推力室組件。總體概念以GRCop銅合金燃燒室為核心，并通過基于粉末床的選區(qū)激光熔化（L-PBF）金屬3D打印技術(shù)制造的整體通道。然后使用DED技術(shù)來沉積歧管焊接區(qū)，以便可以將前歧管焊接到腔室上。經(jīng)過此操作和熱處理后，使用碳纖維聚合物基復(fù)合材料（PMC）的外包裝材料對(duì)大型推力室TCA進(jìn)行外包裝。

DED定向能量沉積增材制造技術(shù)，允許整個(gè)推力室總成（TCA）在火箭推力室噴管的制造過程中一次性形成所有的內(nèi)部冷卻通道，從而無需進(jìn)行封閉操作，這樣的好處是明顯的，不僅可以顯著減少零件和焊接操作，并使得整個(gè)推力室總成（TCA）更加可多次利用。通過DED定向能量沉積增材制造工藝在GRCop-42銅腔室的后端沉積雙金屬材料，形成帶雙金屬軸向接頭的火箭推力室噴管，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)冷卻，從而解決了一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)和螺栓連接設(shè)計(jì)的接口問題，隨后通過碳纖維聚合物基復(fù)合材料（PMC）外包裝將整個(gè)推力室總成（TCA）進(jìn)行外包裝。

     DED定向能量沉積增材制造技術(shù)還具備多材料開發(fā)的想象和探索空間，市場(chǎng)研究盡管復(fù)合材料外包裝作為腔室護(hù)套表現(xiàn)良好，同時(shí)RAMPT項(xiàng)目仍繼續(xù)關(guān)注增材制造雙金屬材料的開發(fā)，因?yàn)槿孕枰獙?duì)焊接火箭推力室的噴管進(jìn)行材料過渡。而雙金屬材料則使得火箭推力室的噴管具有優(yōu)化材料的選擇，理想情況下火箭推力室的噴管由非銅合金制成，例如高溫合金或不銹鋼材料。雙金屬增材制造材料可以幫助應(yīng)對(duì)推力室總成（TCA）中的所有結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)載荷的復(fù)雜挑戰(zhàn)和要求。

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