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        全球最大3D打印火箭發動機燃燒室是怎樣造出來的?


        火箭發射可以說蘊含著世界上最尖端的科技,尤其在結構設計上,火箭每減重1kg,就可以節約兩萬美元的發射成本。

        從前蘇聯發射第一顆火箭以來,火箭的制造技術一直在改進,然而經過幾十年的設計優化后,傳統的加工制造技術遇到不少瓶頸,這時,3D打印技術的出現帶來了新的轉機。

        2019年11月18日,南極熊獲悉,美國私人航空航天公司Launcher計劃對其最新研制的E-2火箭發動機進行首次全面測試,與常規火箭相比,該火箭最大的創新在于其發動機配備了3D打印的燃燒室, 測試日期定為2020年中旬。下面南極熊就帶你來看看,他們之前已經成功測試過的3D打印E-1火箭發動機燃燒室是怎樣制造出來的。

        首先,在電腦中設計出燃燒室的三維結構(3D數據),值得注意的是這樣的結構是專為3D打印制造工藝而設計的,經過結構優化設計之后,不但性能更強而且重量更輕。

        然后,將數據進行切片處理(將設計好的3D模型數據轉化為3D打印機可以識別的工作指令),導入到金屬3D打印機中。

        所需要用到的銅合金粉末材料等一切準備就緒之后,便開始進入令人興奮的3D打印環節,使用激光一層一層的融化粉末,每融化一層金屬粉末之后,就鋪上一層新的粉,然后繼續熔融堆積,直至打印完成。

        打印完成之后,清除燃燒室周邊的多余金屬粉末材料。3D打印的燃燒室基本結構就已經完成了

        然后進行初步的測量:此時的3D打印燃燒室機構內部還存在很多的內應力,需要進行高溫退火處理。退火之后,燃燒室的性能得到進一步的提升,此時需要去除在激光熔融打印時在表面形成的支撐結構。

        表面噴砂工藝,使燃燒室具有更加光滑的表面。下面將燃燒室放入CNC加工中心(減材制造工藝),進行鉆孔、用三坐標測量儀來檢測燃燒室的尺寸精度,確保最終的工件的尺寸符合使用要求。

        三維掃描儀來掃描最終的燃燒室,逆向獲取其3D數據。所有的后處理工作、測量工作完成之后,即將進入令人更加興奮地測試環節,將燃燒室固定在測試架上面。

        這款3D打印技術制造的銅合金E-1火箭發動機燃燒室經過測試,推力達到2.77KN,最大壓力:430PSI,最大室溫度:3600KELVIN。

        而2020年要測試的是最新升級版的E-2發動機,Launcher Engine-2將是小型衛星發射器級別中性能最高的引擎-具有最大推力,最低推進劑消耗量和最低每磅推力成本。

        △Launcher的 E-2發動機、△Launcher的 E-2發動機的詳細細節、每個發動機產生10噸推力(22,000磅力),四個Engine-2液體火箭發動機將為Rocket-1的第一階段提供動力。第五臺經過真空優化的Engine-2發動機將為第二階段提供動力。Engine-2或E-2也可以出售給商業和政府客戶,以與他們自己的運載火箭集成。據南極熊了解,3D打印的E-2發動機燃燒室由EOS集團旗下的AMCM制造,這個零件據稱是世界上最大的3D打印液體火箭發動機燃燒室單體部件。Launcher公司于2017年在紐約布魯克林成立,是一家航空航天初創公司,他們開發的Rocket-1運載火箭高20米(65英尺)長,可以將重達773千克(1,704磅)的衛星傳送到低地球軌道。

        最初,該公司與EOS合作,于2018年用銅合金3D打印其E1概念驗證發動機的底座,E-1發動機是Launcher的第一代液氧冷卻燃燒室。后來,Launcher于2019年開發了液氧和煤油E-2發動機,并選擇與AMCM合作為發動機生產3D打印燃燒室。E-2發動機采用高性能銅合金3D打印,高度為860毫米(34英寸),出口噴嘴直徑為410毫米(16英寸),進入軌道所需的推進劑更少,從而使發射器每枚火箭可以運載更多的衛星貨物,其價格比競爭對手更低。

        Launcher在2019年11月5日(空軍太空日)獲得美國空軍太空與導彈系統中心(SMC)的150萬美元獎勵。AMCM將在2019年Formnext 11.1號展館C49展位上展示全尺寸Launcher E-2燃燒室模型。

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