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3D打印帮助火箭制造商实现垂直整合目标

来源:国际工业激光商情     发布时间:2022-10-10
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自从增材制造工艺被人类社会发明以来,将这种技术用于航空航天的例子和新闻屡见不鲜。在过去的报道中,通过增材制造生产出的燃料喷射器、推进剂罐、发动机喷嘴以及无数其他极其复杂的火箭部件,都是为了将卫星送入轨道或将人类送上月球甚至更远的地方。


Tim Berry和他的团队参与了许多这样的故事。目前,他是美国民营航天技术新锐公司Launcher的制造主管,该公司是火箭和卫星转移运载工具/托管有效载荷平台的开发商。


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当E-2火箭在斯坦尼斯航天中心进行测试时,产生了令人印象深刻的10公吨推力


今年4月,由霍桑公司3D打印制造的E-2液体火箭发动机在首次试射期间产生了令人印象深刻的10公吨推力(22046磅)、288秒的海平面ISP和97.5% c*(比冲量缩写为ISP,c*是衡量火箭发动机效率的度量)。此外,Launcher的Orbiter转运车/托管有效载荷平台或太空拖船计划于今年晚些时候通过SpaceX的Falcon 9 Transporter-6拼车发射进入轨道。拖船的大部分是由3D打印制成。

多科学制造


Berry认为自己是金属3D打印的“发烧友”。但他也不怕在需要时切换到更传统的制造技术,反之亦然。“例如,支架就是一个难以处理的部件,”他说,“因此如果机器车间产能过剩,我们可能会将它们放入其中一台3D打印机。我们会根据可用产能和尽可能保持设备运行的需要做出这样的决定。”他同时强调,拥有这种能力是垂直整合的魅力之一,所以Launcher很少有外包业务。


Launcher的加工和制造车间可能会让一些供应商羡慕不已。设备清单包括数控车床和手动车床、3轴和5轴加工中心、龙门式数控铣床、TIG、MIG和轨道管焊机、清洁/涂覆线、弯管和扩口设备,以及任何金属加工设施中常见的手动工具。


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Launcher的一台Velo3D Sapphire 3D打印机用于为Orbiter制造Inconel

 718涡轮分子泵组件和零件。另一个蓝宝石打印钛推进剂罐


该公司使用所有这些设备生产和组合火箭部件,建造试验台和装配夹具,制造燃料管线和排气系统并完成大量金属3D打印部件的加工。Berry补充道:我们也有一种用于制造零件的电火花线切割机,但大部分时间都用于从构建板上移除3D打印零件。

使用激光粉末床熔融技术


Berry估计,发射装置的70%硬件首先是在三台激光粉末床熔融(LPBF)设备上打印生成的。


Velo3D有一对蓝宝石3D打印系统。其中一个是专门为 Orbiter太空拖船制造Inconel 718涡轮泵组件和零件,另一个是全天候“制造”钛推进剂罐。在每第九次构建时,都会打印一个支撑发动机的推力结构。


Launcher的第三台打印机EOS M300是一款开关式打印机。这台设备可交替生产钛、铝和铜零件,在不久的将来可能用于打印一些较便宜的耐火金属和高强度铝合金。据悉,第四台LPBF打印设备计划很快到达。这是EOS集团子公司AMCM GmbH制造的一种称为M4K的大格式(450mm×450mm×1000mm)LPBF系统。


Berry谈到,Launcher的首席执行官和创始人Max Haot不想采取与其他发动机制造商相同的方法,即打印一堆较小的部件然后将它们通过钎焊或螺栓连接在一起。Max和公司首席设计师Igor Nikishchenko想要一个整体结构,以实现更简单、强度和可靠性,因此他与EOS合作开发了一台定制的大幅面机器。


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设备齐全的机加工车间和制造区在将产品升空方面发挥着重要作用


同时,其他火箭公司已经跟随Launcher的脚步,正在向更大的、新推出的机器上的整体式燃烧室/喷嘴打印技术转移。

远离“角落”


M4K新设备的交付给Launcher带来的是C-18150的稳定供应。铜铬锆合金的成本远低于非官方的火箭发动机行业标准GRCop-42,其材料性能仅略有不同。Berry说:“你不想把自己变成一个处于行业角落的地位,除非你绝对需要像GRCop这样的超贵金属,这是我们的许多竞争对手都做过的。如果能可靠飞行,我可以用纸制火箭。”


非正统思想在Launcher是司空见惯的。Haot曾告诉过员工要根据他们现有的工具进行设计,现在成为员工牢记在心的指令。设计人员不仅调整部件设计和制造工艺,尽可能将产品留在内部还开发了自己的工程软件,用于冷却通道分析和火箭发动机模拟。


这些努力带来的好处远远超过节省1美元。Launcher的目标是在高度竞争的市场中快速、安全、经济地将航天器升空。Berry表示,尽管如此,在性能方面没有妥协,公司一直在寻找进一步优化火箭推进和卫星发射系统的方法。自公司成立以来,他们的口号一直是高性能和低成本进入太空。


来源:荣格-《国际工业激光商情》

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