3D打印要上天，火箭发动机也能打印出来?

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NASA（美国国家航空航天局）和Virgin Orbit（维珍旗下的空间轨道业务公司）合作，成功开发了3D打印的火箭发动机部件，一个由多种金属材料制成的3D打印燃烧室。

金属3D打印技术相信你已经不陌生了。它可以让打印部件达到传统制造方式无法加工的形状，让产品设计师有了更大的发挥空间。3D打印技术降低了制造成本、缩短了制造周期，相比传统制造，这是一种更高效、更经济的智能制造方式。

3D打印的火箭发动机燃烧室

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NASA是美国联邦政府的一个行政性科研机构，Virgin Orbit是一家私人航天公司。这样的合作，能够发挥各自的优势，加速关键技术的突破。

比如这个3D打印燃烧室，部件的内部是NASA的研发成果，外面的金属保护套则是Virgin Orbit提供的技术支持。这样的公私合作关系，来源于NASA太空任务理事会（Space Technology Mission Directorate）发起的《NASA合作公告》。

在公告中，NASA提到他们拥有60年的先进工程和测试能力、尖端研究和技术开发经验，可以提供相应的技术支持。另外NASA的土地、实验设备和实验室等资产可以供商业和学术机构、美国政府机构和国际实体使用。

NASA的部门分布在全国各地，每一个部门都发挥着不同的职能。比如这个NASA与Virgin Orbit合作的3D打印燃烧室，就调动了3个不同的NASA部门：马歇尔太空飞行中心、格伦研究中心和阿姆斯特朗飞行研究中心。

NASA在全国的分布图

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NASA高级工程师保罗格拉德说，在以前没有采用3D打印技术的时候，制造、测试和交付燃烧室需要数月时间，而现在的制造周期大大减少了，可以按照“天”来计算而不是“月”。

这个发动机部件采用了铜合金作为燃烧室的内部，这种铜材料是2014年开发成功的，并得到了充分的可行性验证。因为是逐层打印，所以一个铜部件总共被分为8000多层，一层一层往上叠加，打印时间约为10天左右。

全球第一个铜合金发动机部件

在2014年研制的铜部件基础上，Virgin Orbit使用自己的混合加工设备（3D打印和传统制造功能于一体），给铜部件添加了一层金属保护套。

相比其它金属比如铝合金、钛合金、不锈钢，铜的打印难度更高。因为铜金属在激光熔化的过程吸收率低，激光难以持续熔化铜金属粉末，从而导致打印的成功率低。

但是我国的3D打印企业已经在铜金属打印方面取得了进展，也能够研制出高导热、高反射率的铜金属部件了。

2019年初，研发人员使用高压液氧/煤油推进剂对燃烧室进行了测试。测试物品在近26次、每次60秒的测试中成功地提供了超过2,000磅的推力。

正在等待测试的3D打印火箭发动机燃烧室

NASA和Virgin Orbit的研发人员现在不断改进，使得发动机更安全、更快速、成本更低。从近期来看，这种技术将对NASA月球的探索项目提供支持，包括用于月球着陆器、先进的推进系统。随着技术的不断改进，在未来，能够应用于深空探测机器人，支持人类探测火星的长远计划。

参考来源：

NASA and Virgin Orbit have 3D-printed a working rocket engine part, by Erin Winick, MIT Technology Review, May 21, 2019