美国D打印首个全尺寸铜合金火箭发动机零

美国3D打印首个全尺寸铜合金火箭发动机零件

在纸一样厚的铜合金内衬壁里面，温度激增到2760℃，通过气体循环，将内衬壁外面的温度冷却到绝对零度以上100℃以下，来防止熔化，铜合金内衬是专为实现这一目的而制造。为了使气体循环，在燃烧室内衬内、外壁之间建造了200多条复杂通道。这种具有复杂内部几何特征的小通道对NASA增材制造团队带来挑战。

马歇尔太空飞行中心材料与加工实验室采用其选择性激光熔融设备融合了8255层铜合金粉末，在10天零18小时的时间内制造了燃烧室内衬。在制造燃烧室内衬之前，材料工程师建造了几个其他试验件，对材料进行了表征，且设计创造了铜合金增材制造工艺。

铜合金具有极好的导热性，这也是铜合金作为发动机燃烧室及其他零件内衬理想材料的原因。然而，这种属性却为铜合金增材制造带来挑战，因为激光很难连续熔化铜合金粉末。

目前，仅有少量铜合金火箭零件的可采用增材制造技术来制造。因此，NASA正在通过3D打印一个火箭零件来开辟技术新天地，这一组件必须经受极端高温和低温，且具有复杂的冷却通道，该通道是建造在内壁厚度为铅笔斑痕的外部上的。该零件是由NASA格伦研究中心的材料科学家创造的GRCo-84铜合金建造而成。格伦研究中心广泛的材料表征有助于验证3D打印的工艺参数，确保建造质量。格伦研究中心将开发材料机械性能的广泛数据库，用于指导未来的3D打印火箭发动机设计。为了提高美国工业竞争力，美国制造商将可使用由马歇尔飞行中心管理的NASA材料和加工信息系统中的数据。

该项目负责人称，其目标是将火箭发动机零件的建造速度提高10倍，成本降低50%以上。项目团队不仅仅是试着制造和测试一个零件，而是正在开发一种可重复的工艺，使工业界可采用该工艺制造具有先进设计的发动机零件。最终目标是提高火箭发动机建造的经济可承受性。

制造铜合金发动机燃烧室内衬仅仅是低成本火箭上面级推进项目的第一步，该项目由NASA空间技术任务部的颠覆性开发计划资助。NASA的颠覆性计划资助那些将变革未来太空活动的技术开发，包括NASA的探月计划。对于工程人员而言，项目的下一步是将铜合金内衬运送到NASA的兰利研究中心，采用电子束自由成形在铜合金内衬外部直接沉积镍合金结构外壳。之后，预计于今年夏季在马歇尔飞行中心进行发动机部件的热点火测试，以确定在模拟的极端温度和压力条件下，发动机的运行情况。（苟桂枝）

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