盘点世界范围内3D打印如何驱动下一代航天制造技术(2)
时间:2021-02-28 20:07 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 点击:次
除了猎鹰9号火箭，SpaceX于2013年就成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本，而相比传统制造发动机的成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。这是一种非常复杂的发动机，其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造。EOS能够打印非常高强度的先进合金,是创造SuperDraco发动机的关键。 经过通货膨胀调整后，SpaceX在短短15年间将运输货物进入轨道的成本降低了10倍。
但是，在此之前，还存在一些技术障碍，并不是所有通过测试的零件都能够立即真正投入到生产中。德国FIT AG参与了Vulcain 2发动机的3D打印流体歧管，该发动机是新型Ariane 6火箭的一部分。该零件采用线弧增材制造（WAAM），材料由Inconel制成，旨在提高发动机的性能，同时降低所涉及的生产成本。为了满足航天工业的严格安全要求，FIT AG（全球最大的增材制造服务提供商之一）与ArianeGroup合作开发了合适的质量保证体系。
毕竟，当开发了拥有新的应用技术时，还需要调整测试方法，在3D打印Vulcain 2发动机的流体歧管的情况下，测试过程中还有可能涉及到研磨掉歧管的侧面，精心的测试过程最终也导致了更高的组件开发成本，实际上可能达到增材制造成本的八倍左右。
同时，由于COVID-19的影响，欧洲的航天部门遭受了很多苦难。一方面美国这边SpaceX在2020年每月至少发射一枚猎鹰9号卫星，而另外欧洲这边Ariane 6号的首次飞行时间已从2020年底推迟到2021年末/ 2022年初。冠状病毒对卫星周围区域的影响包括对圭亚那航天中心的影响被认为是官方原因。在引领行业多年之后，欧洲的Ariane space SA现在承受着巨大的压力，这些压力来自于需要不落后于SpaceX以及来自中国和俄罗斯的竞争对手。 除了FIT AG的流体歧管外，Ariane集团还为Ariane 6及其下一代火箭启动了许多其他AM-增材制造应用技术的开发，包括与EOS合作设计的助推器喷嘴头。Ariane集团设立了一些雄心勃勃的目标：例如，即将推出的Prometheus引擎的成本预计仅为100万欧元，这在一定程度上要归功于3D打印，这将比推动Ariane 5的Vulcain 2便宜90％。 毫无疑问，Prometheus引擎将以所向披靡的成本优势成为下一代火箭发动机的典范。不过，低成本与可重复使用在技术实现方面具有一定的矛盾性，Prometheus LOx-甲烷发动机项目还将利用前所未有的数字化水平进行发动机控制和诊断，并且将3D打印技术的应用贯穿到原型开发和最终生产中。 另一方面，欧洲航天局（ESA）部长理事会在2020年夏季的会议上批准了8200万欧元的项目预算。下一代Vega火箭的其中一架也将从2025年起搭载M10发动机的3D打印推力室组件进入轨道。 除了选区激光熔化之外，可以用于航天领域金属零件的制造技术还包括直接能量沉积（DED），冷喷涂，不过这些技术还存在许多仍然需要克服的挑战，包括关于粉末的纯度及其从腔中去除的挑战。
尽管由于2020年末阿丽亚娜（Ariane）的推迟而使欧洲航天业的人担心失去工作和多年的专业知识，但新兴的市场和新兴的公司都在加油，尤其是在美国和中国。 由21岁的胡振宇于2014年在北京成立的Link Space（翎客航天）一直吸引着人们的注意，它的新线1号是可重复使用的24米长的两级火箭。2016年，Link Space在一枚可重复使用的火箭（设计用于发射，然后返回地球）原型上进行了”悬停”测试。 2020年7月，中国航空航天业实现了又一个里程碑，北京星际荣耀空间科技有限公司的双曲线一号遥一长安欧尚号运载火箭（简称“SQX-1 Y1”）在中国酒泉卫星发射中心成功发射，按飞行时序将多颗卫星及有效载荷精确送入预定300公里圆轨道，发射任务取得圆满成功，实现了中国民营运载火箭零的突破。 总体而言，中国已加入成熟的航天国家行列：在2020年，中国超过俄罗斯，几乎与美国持平，完成了39次发射。自从中国于2014年开始允许私营公司参与以来，其国内太空部门一直在蓬勃发展。涉及的公司数量已从2018年的30家增加到一百多家。“ 3D打印技术已成为火箭制造过程中的中流砥柱技术，” 3D科学谷创始人Kitty Wang（王晓燕）谈到，她多年来一直通过其平台3D科学谷密切关注中国的AM-增材制造行业，3D打印技术正在催生火箭制造的新赛道。 (责任编辑：admin) |
