世界首枚3D打印火箭成功起飞，预示了什么？

来源：Oqton

2023年3月，世界首枚3D打印火箭进行第三次尝试发射，遗憾在第二级点火时未进入预定轨道。这不是第一次运用3D打印技术对火箭进行辅助设计，此前于2022年底，又一款3D打印的火箭助推器成功完成了前期测试，该助推器内部采用了再生冷却设计策略，使用了新开发的铜合金GRCop-42，再一次体现了增材制造加速行业研发创新的能力。

△2022年底3DXpert助力3D打印火箭助推器

再生冷却设计策略的使用，可以用来调节火箭燃料流经冷却管路时的温度，从而在其返回腔室燃烧之前从推进器侧壁带走更多热量。3DXpert 在此项目中的火箭助推器开发优化的打印参数并准备打印文件过程中起到了关键助力。

使用 3DXpert 优化火箭助推器
负责项目的工程师Evan Kuester，Ryan Fishel和Cameron Schmidt使用了Oqton的3DXpert开发的打印参数和准备打印文件，包括了零件摆放、支撑设计、参数测试和数据切片。

“这种推进器最具创新性的方面是选择的材料，它使用了一款新开发的铜合金，并且运用3D打印生产。与传统的制造方法相比，3D打印减少了制造所需的时间、成本和精力，”高级应用开发工程师Schmidt解释道。

“此外，作为美国宇航局最近开发的铜合金， GRCop-42具有非常适合高温应用的特性，可用于如火箭推进器等零件。将其与激光粉床熔融技术结合，我们在相对较短的时间内制造出这款推进器，并具备良好的致密度和力学性能。”他补充道。


增材制造的创新与拓展
这款火箭助推器是3D打印火箭应用方向的新成员，该应用在过去几年中一直在稳步增长。如今，许多初创公司正在开发能够为火箭制造组件的3D打印机。虽然3D打印火箭引起了很多的关注，但它们只是航空航天应用的冰山一角。增材制造可以一次性完成类似零件的生产，节约了时间和成本，大大推动了增材制造在相关行业的应用。

制造具有多个组件的复杂设备会有许多技术挑战。每个组件必须单独制造和组装，过程漫长而乏味。3D打印改变了这种情况，可以对复杂设备进行一体化设计和打印，使开发和制造最终产品变得更快，更便宜。

具有再生冷却的火箭喷嘴，如用新型铜合金打印的火箭助推器，已经使用传统的制造方法制造了几十年。这种尺寸的火箭推进器通常需要几个月的时间来制造，但3D打印的助推器在短短几周内就被制造出来了。

与增材制造相关的更短的交货周期具有巨大的意义。首先，快速迭代可节约成本，其次，制造商可以加快创新的步伐。由于生产零件的速度变快，因此使用3D打印的工程师可以在确定最佳解决方案之前进行更多实验并测试各种设计，而不会产生过多的成本。

3DXpert赋能增材制造，开拓无限可能
“对于传统制造，虽然工程师可以设计不同的方案，但由于成本和较长的交货周期，探索不同的设计将需要消耗巨大的精力和资源。使用3D打印后，如果效果不佳，可回到设计并快速修改。”Schmidt解释说。

此外，借助增材制造技术，可以改进和优化设计，制造传统方法无法完成的几何形状。3D打印可以通过采用复杂几何形状的表面晶格、拓扑优化等提高零件的性能，这在传统工艺上是难以或不可能实现的。这些设计原则已经在热交换器、医疗植入物和结构支架中得到了令人印象深刻的应用。如前文的火箭助推器中的冷却通道，它完全集成到侧壁中，并贯穿整个推进器，几乎可以任意方式分布，从而进一步优化导热。