3D 打印火箭即將爆炸

如果今年夏天從卡納維爾角發射的 Terran1 成功的話 相對論空間 將成為第一家將完全 3D 列印火箭送入太空的航空航太製造公司。 不久之後，一家加州新創公司稱 發射台 在獲得 SpaceX 的助推器進入太空後，將部署由 3D 列印火箭引擎提供動力的 Orbiter 衛星平台。

很難高估 3D 列印（也稱為積層製造）對航太工業的影響。 沒有其他技術能夠讓如此多的公司進入這個行業，並在如此短的時間內以如此低的成本交付車輛、發動機和火箭。 現在，隨著越來越多的商用 3D 列印機已被證明能夠生產出適合太空使用的組件，新創火箭製造商的數量即將激增。

例如，英國航空航太公司 Orbex 希望其使用德國製造商 EOS 最新金屬 3D 列印機製造的 3D 列印火箭將於今年底從蘇格蘭發射升空。 在美國，年輕的火箭發動機製造商 北斗星 現在正在接受其新型 Arroway 推進引擎的訂單，該引擎旨在取代目前無法使用的俄羅斯製造的推進源。 它還使用現有的金屬 3D 列印機進行 3D 列印。

「我認為如果沒有 3D 列印，我們的公司就不會存在，」Ursa Major 先進製造和材料總監 Jake Bowles 說道，他在 SpaceX 工作了五年。 “我們的發展與 3D 列印的存在和成熟密切相關。”

Bowles 表示，Ursa Major 開始以比以前快得多的速度將引擎推向市場，只需幾個月而不是幾年，而這只有透過 3D 列印機進行原型設計和製造才能實現。

雖然Relativity Space 和其他公司已經為其火箭開發了專有的3D 列印技術，但Bowles 表示，使用新型商用3D 列印機使Ursa Major 能夠控製成本并快速迭代設計，而不必跌跌撞撞地完成本土3D 列印機所需的早期技術開發。

「我們的團隊不斷評估新推出的 3D 列印機創新產品，因為航空航天和航太發射市場的份額競爭非常激烈，」Bowles 說。 根據策略市場研究公司的預測，到 3 年，全球航空航太 9.27D 列印市場規模預計將達到 2030 億美元。

公司競相為亞馬遜等公司提供最強大、最靈活、最便宜的選擇AMZN
，他們希望將衛星送入軌道以提供全球寬頻，捕捉地球上活動的高解析度影像，甚至為超級富豪建立私人太空站飯店。

3D 列印推動太空商業化競賽

與 NASA 太空梭計畫相比，積層製造技術可將發射成本降低多達 95%，為更多來自軌道的服務敞開了大門，從而推動了火箭製造商之間的激烈競爭。 Launcher 的公司口號讀起來就像沃爾瑪的廣告：“以最低的成本在太空中的任何地方。”

Launcher 最近從美國太空部隊那裡獲得了數百萬美元的部署衛星成本，用於進一步開發用於 Launcher 輕型運載火箭的 E-2 3D 列印高性能液體火箭發動機，計劃於 2024 年發射。表示：「Launcher的E-2液體火箭發動機有潛力顯著降低專用小型運載火箭將小型衛星送入軌道的價格，這是太空軍的關鍵能力和優先事項。”

為了降低成本並加快生產速度，Launcher 還使用 EOS 以及加州的 Velo3D 的 3D 列印機。

「火箭引擎渦輪泵零件通常需要鑄造、鍛造和焊接，」Launcher 創辦人兼執行長 Max Haot 說。 「這些流程所需的工具增加了開發成本，並降低了設計迭代之間的靈活性。 由於 Velo3D 的零度技術，能夠 3D 列印我們的渦輪泵（包括旋轉鉻鎳鐵合金護罩葉輪），現在可以以更低的成本實現，並通過每個原型之間的迭代增加創新。”

高級推進工程師 Eduardo Rondon 表示，採用傳統的航空航天製造方法，通常會聽到 12 到 XNUMX 個月的交付時間以及建造和測試工具的巨額費用，例如泵送富氧分級燃燒發動機。Ursa Major 的分析師，另一位SpaceX 資深人士。 “增材製造使我們能夠將新設計放在測試台上，決定進行更改，研究替代架構，列印它，並在幾週內將其放在測試台上。”

Orbex 使用與 Launcher 相同的印表機類型 3D 列印火箭 AMCM M4K-4 EOS的金屬列印平台於2021年推出。該公司還使用了德國公司SLM Solutions的金屬3D列印機。

3D 列印不僅僅適合新創企業

自 SpaceX 在 3 年推出 3D 列印 SuperDraco 火箭引擎以來，2013D 列印在太空領域已有悠久的歷史。

航太巨頭 Aerojet Rocketdyne捷徑
2017 年重新設計了 Bantam 火箭引擎系列，充分利用積層製造能力，將總設計和製造時間從一年多縮短到幾個月，同時與傳統製造方法相比，成本降低了約 65%。

該公司表示：“這些引擎通常由 100 多個零件組成，僅由三個增材製造的主要部件組成：噴油器組件、燃燒室以及整體喉部和噴嘴部分。”

商業衛星發射的另一位先驅Rocket Lab 於3 年首次推出了輕型2017D 列印火箭引擎Rutherford。其燃燒室、噴射器、泵浦和主推進劑閥門都是3D 列印的，並已為27 次發射提供動力。包括本週的那個。

星期二， 火箭實驗室 盧瑟福發動機為該公司從紐西蘭發射的電子火箭提供動力，該火箭將美國太空總署的有效載荷運往月球。

儘管NASA 和經驗豐富的發射老手多年來一直在測試、驗證增材製造並將其納入其項目中，但當今的商業3D 列印技術和先進金屬合金材料已經成熟得如此之快，以至於Launcher、Ursa Major 和Orbex 等公司可以從原型到發布，只需更短的時間，花費更少的錢。

「我們從第一天開始就圍繞 3D 列印進行設計，並利用它提供的功能，」鮑爾斯說。 「這使我們能夠建立有關如何優化 3D 列印設計的內部專業知識，然後將其應用於我們需要開發和銷售以滿足市場需求的新引擎。 透過了解如何做到這一點，我們可以更快地進入市場。”