AEROJET采用3D打印技术优化航天发动机，以实现低成本和更快的太空探索

2022年4月9日，南极熊获悉，美国航空航天推进系统制造商Aerojet Rocketdyne使用3D打印技术和nTopology的工程软件，优化了航空发动机，反应控制系统(RCS）中的关键组件。

△RCS四推进器模采用3D打印工艺。图片来自nTopology

通过技术改良，Aerojet的新型航空发动机部件重量减轻了67%，同时还将推进器的总体生产成本降低了 66%，以实现更快、更可持续的月球探索。

“我们充分利用过去十年间在工程软件和工业制造方面取得的经验优势，结合3D打印技术在现有工艺上进行改良，大大提高设计性能，”Aerojet的任务架构师James Horton说.

Aerojet Rocketdyne和它的3D打印
该公司二十多年来一直致力于将3D打印技术用于火箭发动机、导弹和战术防御系统的设计改良。2017 年，它多次对外公布会使用Sigma Labs的PrintRite3D软件，并将3D打印的预燃器集成到AR1火箭发动机中。

早些时候，他们宣传已开发出RL10火箭发动机的升级版本，并通过了美国宇航局(NASA)的热火测试程序，之后为支持SLS项目，完成了洛杉矶工厂的大规模扩建。

最近，Aerojet将3D Material Technologies的3D打印、CNC加工和MIM功能整合到他们的产品制造中。该公司一直致力于开发RS-25发动机关键部件，近期还获得了为NASA 的“SLS 项目”制造16个航天发动机，合同价值17.9亿美元。

△Aerojet的工程师与RL10C-X火箭发动机。图片来自nTopology

优化火箭发动机组件
作为与NASA合作的一部分，Aerojet正在重新设计由阿波罗时代太空计划遗留下来的问题，为NASA的Artemis计划开发猎户座航天推进器和太空发射系统。

该公司一直致力于优化RCS系统关键部件的重量和成本，系统控制航天器和月球着陆器飞行时的高度和方向，由放置在航天器和月球着陆器周围的四个服务舱组成，每个服务舱有四个推进器。

为了更好地控制航天器的速度、俯仰和滚转，四个推进器的设置允许每个航天器独立点火。作为阿波罗计划的一部分，美国宇航局委托制造了600多个推进器，以支持12次载人航天飞行，并进行了测试和鉴定。降低推进器的成本可以大大降低Artemis项目的总成本，因此Aerojet公司希望通过3D打印和nTopology的工程软件来实现以上优化。

△优化的喷射器块的横截面。图片来自nTopology

Horton在传统推进器设计方案中，发现了几个可以改进的点，并试图减少组件的数量简化结构，随后通过nTopology建模软件分析并确保设计的可行性。该软件还允许改进零件的疲劳强度并减轻应力集中。此外，还可以控制推进器的关键设计参数，例如晶格鲷的厚度，从而实现减轻零件重量。

RCS推进器是用钛6Al-4V材料在Velo3D蓝宝石金属3D打印机上打印的，钛6Al-4V是制造双推进剂推进器的典型材料，其密度只有Inconel 718的一半。该零件的成功，是Aerojet 努力开发RCS模块的重要步骤之一，模块质量是传统制造的五分之一，尺寸是传统制造的一半，同时生产成本也只有传统制造的三分之一。

Horton补充道:“我们已经证明，通过减少零件数量和劳动力，是一条可持续发展的技术解决方案。我很期待将这款产品推向太空。”