一种新的金属 3D 打印技术经受住了严格的测试，并有望将发动机部件的成本降低多达 50%。来源：美国宇航局
美国宇航局（NASA） 的一小步，却是金属增材制造的一大步。
这是美国宇航局机器人沉积技术团队和商业液体火箭发动机制造商 Aerojet Rocketdyne 最近合作取得的金属 3D 打印技术成果，该技术有助于将发动机组件的成本和交货时间缩短多达 50%。
美国宇航局首次在其一个发动机部件上采用并成功测试了一种称为冷喷涂沉积 (CSD) 的技术。在这种情况下，CSD 用于在燃烧室的外部添加 HR-1 材料（一种镍基合金，可在极端环境中抵抗腐蚀、氧化和脆化）的保护套，用于 7,999 磅级的Aerojet Rocketdyne 与该机构合作建造的着陆器发动机。
通过模拟火箭发动机工作的极端环境的严格热测试，美国宇航局基本上批准了在制造发动机部件中使用 CSD。该批准允许关键组件的制造商放心地将 CSD 添加到他们的金属 增材制造的工具箱中。
Aerojet Rocketdyne 的项目经理艾伦·冯 （Alan Fung） 在谈到项目期间取得的多个里程碑时说：“这就是为什么这是一次令人印象深刻的飞跃。”
1.成熟度测试
通过测试，还允许美国宇航局将该组件的技术就绪水平 (TRL) 指定为 6，这意味着它是一个功能齐全的原型或代表性模型。TRL 是一种用于评估技术或产品成熟度水平的评估系统。
“到达这一步需要一些时间，”位于亨茨维尔的 NASA MSFC 高级推进工程师、增材制造专家保罗·盖蒂（Paul Gradl ）说，并补充道，下一步是将该组件引入工业进行实际飞行，这将增加 TRL到 7，“还有很多要学习的地方，诸多材料性能的开发，对流程设计的大量理解。”
该项目的负责人表示，综合各种信息很重要，原因有几个。例如，美国宇航局使用激光粉末床熔融打印机来制造燃烧室。该技术非常适合腔室，因为它能够打印复杂的通道让冷却液流动，以及保持重量减轻所需的薄壁。这个过程缓慢而精确。
腔体本身由铜合金打印而成，具有出色的传热性能，但需要在结构上进行加固。
来源：美国宇航局
腔体本身由铜合金打印而成，具有出色的传热性能，但需要在结构上进行加固。这就是 CSD 的用武之地。该技术使用超音速气体射流将固体粉末喷射到表面上。在撞击时，颗粒变形并粘附在表面上。夹套在不增加太多重量的情况下提供结构加固。该技术还使用动能代替热量来涂敷夹套，这有助于减少或消除材料收缩。
“激光粉末床熔融是一种缓慢而复杂的方法，而冷喷涂沉积是一种不精确、快速的方法，”冯说，“你使用高度复杂的技术制造高度复杂的零件。但是你对更多结构性部分使用了不太精确的技术。它的速度要快得多，并降低了零件的总体成本。”
2.增材制造技术突破
没有一种技术足以打印各种材料。冯说，在该过程中增加新的增材制造技术的能力也增加了原料制造商可以选择的数量，这是该项目的另一个重要方面。HR-1 似乎是此类应用的完美材料。
位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的 RDT 团队的推进工程师汤姆·蒂斯利 (Tom Teasely) 设计了该室的热测试。在总共 365 秒的测试中，腔室暴露在接近 3427 °C（大约是太阳表面的 62%）的温度和高达每平方英寸340kg的压力下。
通过测试，还允许美国宇航局 为该组件分配技术就绪级别 6，这意味着它是一个功能齐全的原型或代表性模型。来源：美国宇航局
无论采用何种制造技术，新硬件通常都会在这种极端测试条件下进行某种类型的更改。使用 CSD 应用的 HR-1 没有变化或缺陷。“这真是太神奇了，”过去三年一直在美国宇航局从事增材制造工作的加法本地人蒂斯利说。
增材制造团体可以期待美国宇航局在明年定期宣布更多突破。RDT 团队将继续使用 CSD、激光直接收尾、LPDF 和激光粉末定向能量沉积等技术探索创新燃烧室、喷嘴和喷射器的设计和制造，以创造更具成本效益和效率的火箭发动机。金属增材制造的不断进步使增加产量成为可能。
保罗·盖蒂记得，美国宇航局在 10 年的时间里只进行了几次热测试。现在，由于可以使用增材制造快速生产的零件数量、不同的打印技术以及越来越多的原料，该机构每年进行多达 15 次热测试。
“关键是你可以显著减少做出首个演示装置和早期硬件的时间，”他说。“我认为这是增材制造的原因之一，为什么你会看到商业航天公司涌入市场。他们中的很多人都在使用增材制造；他们可以减少开发时间。他们可以相当快地打印一些东西并开发他们的发射系统。这真是一个激动人心的时刻。”
原文链接：
https://www.asme.org/topics-resources/content/nasa-lifts-metal-3d-printing-to-new-heights
作者：Jeff O'Heir ，是纽约州亨廷顿的一名工程和技术作家
