NASA突破性研究 3D打印火箭发动机燃烧室

美国宇航局NASA和卫星发射公司Virgin Orbit已经为火箭发动机生产了一个可用的3D打印燃烧室。该组件采用以铜为主的复合金属材料制成，旨在推动商业空间领域3D打印的应用，并降低未来NASA任务的成本。

作为持续开发过程的一部分，最新的3D打印燃烧室成功完成了MSFC的测试射击，可提供高达2,000磅的推力。燃烧室是火箭发动机的关键部件，推进剂在燃烧室混合并点燃，产生高达2760°C的极高温。这需要复杂的内部冷却通道，其中充满冷却至绝对零度以上低于38°C的气体。复杂的冷却过程使燃烧室成为最难开发的发动机部件之一，同时保持低成本和交付周期。

GRCo-84材料 3D打印的燃烧室零部件

根据NASA高级工程师和Virgin Orbit项目负责人Paul Gradl的说法，“过去制造，测试和交付传统燃烧室需要数月时间。现在我们可以大大减少这个时间。3D打印可以改进传统工艺，提供了新的设计和性能，并提供了一个高度耐用的硬件。“

此项目增加了设计的复杂性，也面临3D打印多金属与铜合金组件的挑战。铜由于其高导热性，优异的蠕变性和高温强度以及经济性而在航空航天工业中广泛采用。然而，由于其物理和化学性质，铜已被证明是一种难以用于增材制造的材料，因为它远超过激光束施加的热量。

为了打造多金属燃烧室，Virgin Orbit工程师使用了经过验证的NASA添加剂铜合金GRCop-84，该合金于2014年开发，用于在腔室内部排列。然后用Virgin Orbit的混合添加/减成机打印材料，该机器应用第二个双金属超合金夹套，然后将零件加工到正确的尺寸。今年早些时候，美国宇航局的研究人员宣布开发GRCop-84最终替代品GRCop-42。高强度，高导电性铜基合金由美国宇航局MSFC和俄亥俄州美国宇航局格伦研究中心（GRC）的团队创建。希望GRCop-42具有更高的导热性，同时匹配GRCop-84的强度。

开发多金属零件的好处是可以利用每种金属的独特属性（如强度或导热性）来创建更强大，更高性能的最终产品。3D打印燃烧室在2018年末到2019年初期间，使用高压液氧煤油推进剂进行了测试，在一系列60秒的点火试验中产生超过2,000磅的推力。截至目前来看3D打印燃烧室非常成功。

NASA马绍尔宇航中心 3D打印火箭发动机燃烧室准备高温点火测试

今年4月，NASA与奥本大学国家增材制造中心（NCAME）签订了520万美元的合同，以提高其液体火箭发动机的性能，如RS-25航天飞机主机（SSME）。同月，它还透露它正在使用3D打印来改进2024年将宇航员送上月球的新型深空太空火箭的脆弱部分。此前在2017年，NASA向西弗吉尼亚大学（WVU）的研究人员拨款10万美元，用于在国际空间站（ISS）上探索3D打印二氧化钛泡沫的应用。