北京時間5 月 31 日，SpaceX 最新的載人龍飛船在美國肯尼迪航天中心39A發(fā)射臺成功發(fā)射，在全球觀眾的注視下，載著兩名宇航員前往國際空間站。執(zhí)行此次飛行任務的是兩名資深宇航員鮑勃·本肯 (Bob Behnken)、道格·赫爾利 (Doug Hurley）。

而值得業(yè)界關注的是，獵鷹9號火箭和龍飛船2號大量使用了3D打印技術。正如《3D打印與工業(yè)制造》一書中談到的，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(fā)動機的重要“籌碼”。國際上這些商業(yè)化航天企業(yè)在高性能火箭發(fā)動機部件制造中大膽嘗試著3D打印技術。

這使得人們不僅好奇，3D打印在催生商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)領域發(fā)揮了怎樣的四兩撥千斤的作用？國內外目前的進展怎樣？

3D打印新技術催生設計與制造一體化的商業(yè)新生代

摩根士丹利（Morgan Stanley）估計，到 2040年，全球航天產業(yè)的收入將從目前的 3,500億美元發(fā)展到超過1萬億美元的市場規(guī)模。

3D打印開啟了下一代經濟性的火箭發(fā)動機制造之路。3D打印對于火箭的制造是顛覆性的，這體現(xiàn)在從設計到供應鏈和庫存管理，再到質量控制等各個環(huán)節(jié)。

l 國際

Relativity Space

Launcher

初創(chuàng)的航天企業(yè)Launcher 與合作伙伴3T、EOS 也開發(fā)了3D打印銅合金火箭發(fā)動機部件，3D打印技術的應用可以減少發(fā)動機零件數(shù)量，縮短開發(fā)時間，并且更加易于制造復雜功能集成的部件。

Launcher開發(fā)的銅合金3D打印推力室

發(fā)動機點火測試

Launcher 開發(fā)的3D打印銅合金（Cucrzr）發(fā)動機部件就集成了復雜冷卻通道，這一設計將使發(fā)動機冷卻效率得到提升。

NASA video-2視頻：Launcher開發(fā)的銅合金3D打印推力室

Rocket Lab

根據(jù)3D科學谷的市場研究，近日，Rocket Lab所獲批的專利US10527003B1(授權日2020年1月7日），詳細的披露了Rocket Lab通過增材制造工藝來制造火箭推力室、用于火箭發(fā)動機的噴射器和渦輪泵。

Rocket Lab所獲批的專利US10527003B1(授權日2020年1月7日）

Rocket lab的專利確定使用增材制造技術用于渦輪泵組件生產可以極大地簡化這種系統(tǒng)的組裝，通過選區(qū)金屬熔化工藝來制造各種部件將大大降低這種系統(tǒng)的組裝復雜性。

3D打印-增材制造技術允許形成復雜的幾何形狀，而使用傳統(tǒng)的減材加工技術或鑄造/注射成型技術很難或不可能實現(xiàn)。3D打印技術的這種靈活性在火箭發(fā)動機設計領域提供了獨特的機會。

l 國內

零壹空間

2018年5月17日，零壹空間自主研發(fā)的OS-X火箭“重慶兩江之星”成功點火升空。這也是中國首枚“民營自研商用亞軌道火箭”，開創(chuàng)了中國商業(yè)航天歷史上的嶄新起點。

零壹空間所獲批的內嵌點火裝置的主動冷卻式針栓噴注器專利CN 109630319A

深藍航天

2019年11月，中國的深藍航天液氧煤油發(fā)動機再次進行了推力室長程試車，取得圓滿成功。在推力性能方面，深藍航天對主要功能部件進行優(yōu)化設計，大量采用3D打印工藝，實現(xiàn)了國內液氧煤油火箭發(fā)動機推力室效率從95%到99%的技術跨越，達到了國際先進水平。

據(jù)悉，發(fā)動機噴注器殼體和推力室身部兩個零件為金屬3D打印，發(fā)動機噴注器殼體和推力室身部均為航天發(fā)動機關鍵零部件，零件內部有百余條冷卻流道。

星際榮耀

星際榮耀所獲批的總裝結構、火箭發(fā)動機、液體火箭專利CN209838557U

渦輪盤、液體火箭打洞機、液體火箭專利CN210105926U

與傳統(tǒng)的電火花等加工工藝相比，在兩級葉片的間距過小或同級葉片間的排列緊密時，傳統(tǒng)的工藝受操作空間以及加工精度等的影響，這種緊湊的渦輪盤難以加工。根據(jù)魔猴網的市場觀察，星際榮耀通過增材制造一體成型技術可十分方便的加工出上述緊湊型的渦輪盤，加工過程簡單，時間短。

根據(jù)魔猴網的市場研究，星際榮耀致力于研發(fā)的發(fā)動機包括在低成本、可回收方面極具競爭力的液體發(fā)動機。除此之外，星際榮耀還在研發(fā)姿軌控動力系統(tǒng)，相關部件包括單組元推力室、雙組元推力器、切破式電爆閥。

其他

Review

金屬3D打印已經成為航空和航空航天領域的一項關鍵技術，因為它的優(yōu)勢與該行業(yè)的關鍵需求保持一致，包括減輕重量、節(jié)省燃料、提高運營效率、部件整合、加速上市時間和減少對零部件的存儲要求。

3D打印可以將原本通過多個構件組合的零件進行一體化打印，這樣不僅實現(xiàn)了零件的整體化結構，避免了原始多個零件組合時存在的連接結構（法蘭、焊縫等），也可以幫助設計者突破束縛實現(xiàn)功能最優(yōu)化設計。一體化結構的實現(xiàn)除了帶來輕量化的優(yōu)勢，減少組裝的需求也為企業(yè)提升生產效益打開了可行性空間。

此外，金屬3D打印可以讓打印部件達到傳統(tǒng)方式無法達到的薄壁、尖角、懸垂、圓柱等形狀的極限尺寸，讓產品設計師有了更大的發(fā)揮空間。在進行飛行器中的復雜零部件設計時，設計師由過去以考慮零部件的可制造性為主，轉變?yōu)樵霾脑O計思維下的實現(xiàn)零部件功能性為主。

由此出發(fā)，3D打印開啟了下一代經濟性的火箭發(fā)動機制造之路。3D打印對于火箭的制造是顛覆性的，這體現(xiàn)在從設計到供應鏈和庫存管理，再到質量控制等各個環(huán)節(jié)。

而想像從未有過的設計，成就從未存在過的產品，在這方面，安世亞太提出的正向設計完整解決方案，從以需求出發(fā)的架構性和顛覆性創(chuàng)新為基礎，設計創(chuàng)新方法論及軟件支持在產品全研發(fā)周期完成創(chuàng)新閉環(huán)。