Aerojet Rocketdyne 3D打印銅合金推力室，點火測試成功！

RL10火箭發(fā)動機是美國Aerojet Rocketdyne研制的液氫燃料火箭發(fā)動機，從上世紀60年代開始服役以來，已有475個RL10火箭發(fā)動機將火箭送入太空。多年以來，Aerojet Rocketdyne一直在改進RL10發(fā)動機，他們在設(shè)計和制造工藝上尋求突破，以提高發(fā)動機的性能、減少制造成本和周期。

增材制造技術(shù)正是Aerojet Rocketdyne 優(yōu)化RL10發(fā)動機的一個“殺手锏”，在新一代RL10發(fā)動機研制過程中，Aerojet Rocketdyne 使用粉末床選擇性激光熔化3D打印技術(shù)制造了銅合金推力室部件。這個3D打印部件最近通過了美國Defense Production Act Title III項目管理辦公室進行的點火測試。

突破銅合金3D打印的難點

最近十年以來，Aerojet Rocketdyne 積極的在RL10火箭發(fā)動機和其他航天系統(tǒng)中應(yīng)用增材制造技術(shù)，如AR1火箭發(fā)動機中的3D打印噴射器和MPS-120 CubeSat衛(wèi)星中的模塊化推進系統(tǒng)，Aerojet Rocketdyne 希望通過增材制造技術(shù)航天零部件的設(shè)計自由度和性能。

近期通過測試的3D打印銅合金推力室部件是全尺寸的，Aerojet Rocketdyne增材制造項目經(jīng)理Jeff Haynes表示這是目前最大的3D打印銅合金推力室部件。

銅是一種導熱性和反射性極佳的材料，這一屬性也使選擇性激光熔化 3D打印銅合金粉末充滿了挑戰(zhàn)。銅金屬在激光熔化的過程吸收率低，激光難以持續(xù)熔化銅金屬粉末，從而導致成形效率低，冶金質(zhì)量難以控制。Aerojet Rocketdyne在銅合金推力室3D打印領(lǐng)域取得成功，為制造新一代RL10發(fā)動機帶來了可能性。

3D打印銅合金推力室部件將替代目前的RL10C-1推力室部件。目前的推力室是由傳統(tǒng)工藝制造的，由液壓成形的不銹鋼管等多個零件焊接而成。3D打印的銅合金推力室部件則由兩個銅合金零件構(gòu)成。相比傳統(tǒng)的制造工藝，選擇性激光熔化3D打印技術(shù)為推力室的設(shè)計帶來了更高的自由度，使設(shè)計師可以嘗試具有更高熱傳導能力的先進結(jié)構(gòu)。而增強的熱傳導能力使得火箭發(fā)動機的設(shè)計更加緊湊和輕量化，這正是火箭發(fā)射技術(shù)所需要的。

在另一方面，Aerojet Rocketdyne表示，通過選擇性激光熔化 3D打印技術(shù)制造優(yōu)化升級的推力室部件，制造周期為1個月，比以往的制造周期縮短了數(shù)月。由于根據(jù)3D打印技術(shù)的特點進行了設(shè)計改進，Aerojet Rocketdyne 降低了制造過程的復雜性，并且獲得了更低的制造成本。

NASA 3D打印的銅合金燃燒室部件

3D打印銅合金零部件是航空制造業(yè)所重視的領(lǐng)域。根據(jù)通項的市場研究，美國航天局NASA 在銅質(zhì)發(fā)動機燃燒室內(nèi)襯3D打印方面也取得了突破，打印材料為GRCo-84銅合金，它是在NASA在俄亥俄州的Glenn研究中心開發(fā)出來的一種銅合金，打印工藝也是選擇性激光熔化。燃燒室襯里的3D打印總共為8255層，僅這一個部件打印時間為10天零18個小時。這個銅合金燃燒室零部件內(nèi)外壁之間具有200多個復雜的通道，制造這些微小的、具有復雜幾何形狀的內(nèi)部通道，即使對增材制造技術(shù)來說也是一大挑戰(zhàn)。在國內(nèi)，西安鉑力特已研制出針對難熔金屬和高導熱、高反射金屬的3D打印工藝，突破了銅材料的激光成形技術(shù)，實現(xiàn)了復雜流道的銅材料制造工藝，成功制備出3D打印銅合金尾噴管。