美國3D打印的火箭發動機噴嘴點火成功

不久前，美國國家航空航天局（NASA）成功測試了兩個迄今設計最復雜、3D打印制造的火箭發動機噴嘴。兩個噴嘴分別進行了5秒鐘點火試車，產生了2萬磅的推力。這種設計復雜的氫氧旋混幾何流型噴嘴使燃燒產生的推力達到每英寸1400磅，溫度達到6000華氏度（約3316攝氏度）。

通過這次設計，NASA工程師推進了3D打印技術的極限。他們先把設計方案輸入3D打印計算機，然后由打印機一層層打出每個部分，通過激光把金屬粉末融合在一起，這一過程叫做選擇性激光熔融。

3D打印也叫加法制造。設計者可以用40個噴頭打印一個整體部件，而不用分別制造。他們打印的部件在尺寸上類似小火箭發動機噴嘴，而設計上卻類似推進大型發動機如RS-25發動機的噴嘴。RS-25發動機是用來推進NASA空間發射系統（SLS）火箭的，是舉重型探測類火箭，將把人類帶到火星上。

“我們不只是想測試一個噴嘴，還想證明3D打印能給火箭設計帶來變革，提高系統性能。”馬歇爾工程指揮部主管克里斯·辛格說，“在測試中，這些部件表現得出乎意料的好。”如果用傳統制造方法，要造163個單獨零件然后再組裝起來，但3D打印只需兩個零件，不僅節約了時間金錢，而且造出的部件能提高火箭發動機性能，減少失敗可能性。

兩個火箭噴嘴分別由兩家公司打印。“我們的目標之一是與多家公司合作，為這種新的制造工藝制定標準。”馬歇爾推進工程師詹森·特賓說，“我們與行業合作，學習怎樣在航空硬件制造的每個階段——從設計到空間操作，利用這種加法制造的優勢。我們正在把學到關于火箭發動機部件制造的一切，應用到空間發射系統及其他航空硬件上。”

由于加法制造設計獨特，不僅能幫設計師制造和測試火箭噴嘴，還能使測試更快更智能。馬歇爾中心擁有室內加法制造能力，“這讓我們能看到測試數據，根據數據來修正部件或測試標準，迅速改變生產再返回來測試。”負責本次測試的推進工程師尼古拉斯·凱斯說，“這會加速整個設計、開發與測試過程，讓我們能以更少的風險和成本努力改革設計。”

本著降低未來發動機的制造復雜性、節約時間、減少制造組裝成本的目的，工程師們不斷測試越來越復雜的噴嘴、火箭噴管及其他零件。對于改進火箭設計、完成深空任務來說，加法制造是一種關鍵技術。