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銅合金3D打印在火箭發動機中的應用

銅合金3D打印在火箭發動機中的應用

同樣作為初創的航天企業,Launcher SpaceX,維珍銀河,Blue Origin等公司一樣,采用3D打印技術制造火箭發動機關鍵零部件。Launcher 與合作伙伴3T、EOS 開發了3D打印銅合金火箭發動機部件,該部件已經進行了點火測試。本期,就讓我們通過視頻一睹這一3D打印火箭發動機部件的打印、后處理與點火測試的過程。

集成復雜冷卻通道

衛星發射的過程中,最關鍵的部分是制造一個強大而可靠的火箭發動機。

Launcher 用于向低地球軌道發射衛星的火箭為液氧(LOX)/ 煤油火箭。典型的液氧/煤油火箭在發射臺上的推進劑約為95%,更高效的火箭發動機節省的燃料可以用于增加有效載荷。

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據了解,Launcher去年以來一直致力于開發概念驗證發動機E-1,未來三年將開發大40倍的E-2發動機。Launcher火箭發動機中的關鍵技術是3D打印和分階段燃燒循環。

 

3D打印技術的應用可以減少發動機零件數量,縮短開發時間,并且更加易于制造復雜功能集成的部件,Launcher 開發的3D打印銅合金(Cucrzr)發動機部件就集成了復雜冷卻通道,這一設計將使發動機冷卻效率得到提升。

分階段燃燒循環中,推進劑流過兩個燃燒室,一個預燃室和一個主燃燒室。通過點燃預燃室中的少量推進劑產生的壓力可用于為渦輪泵提供動力,渦輪泵迫使剩余的推進劑進入主燃燒室。增加預燃器可以提高燃油效率,但卻需要更高的工程復雜性。

在點火測試中,E1 3D打印銅合金發動機能夠承受最高的LOX溫度持續30秒。

NASA工程人員正通過選擇性激光熔融(SLM3D打印首個全尺寸銅合金火箭發動機零件,來節約成本。

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NASA空間技術任務部負責人表示,采用增材制造技術建造首個全尺寸銅合金火箭發動機零件是航空航天3D打印的里程碑。增材制造技術是有助于NASA繼續探月行動,甚至維持火星探測人員生存的眾多技術之一。

發動機是由大量不同材料制成的復雜零件組裝而成,其提供的推力為火箭提供動力。增材制造具有降低火箭零件制造時間和成本的潛能,如火箭燃燒室銅合金內襯,在火箭燃燒室內超冷推進劑被混合并加熱到將火箭送到太空所需的極端溫度。

在紙一樣厚的銅合金內襯壁里面,溫度激增到2760℃,通過氣體循環,將內襯壁外面的溫度冷卻到絕對零度以上100℃以下,來防止熔化,銅合金內襯是專為實現這一目的而制造。為了使氣體循環,在燃燒室內襯內、外壁之間建造了200多條復雜通道。這種具有復雜內部幾何特征的小通道對NASA增材制造團隊帶來挑戰。

 

 

 

SLM 3D打印高導電銅合金制品

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東莞市精研粉體科技有限公司近日使用自主研制的銅合金粉通過SLM打印設備成功打印出了高導電銅合金制品。該產品具有良好的導電性能,同時具有優良的力學性能。精研粉體公司承接此種銅合金的打印服務,打印包括電感線圈、異形管路、散熱器等對導電導熱性能有較高要求的銅制部件。

 

純銅及銅合金粉末對激光的反射率較高,吸收率較低,歷來被國內外認為是較為難以打印的材料。不過近年來對于銅合金3D打印的新聞不斷得到報道,國外有Aerojet Rocketdyne通過測試了全尺寸的3D打印推力室部件以及NASA3D打印銅質發動機燃燒室。國內的3D打印機廠商也在積極主動推進銅合金的3D打印工藝。

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