從1960年以來，美國航空航天局（NASA）馬歇爾太空飛行中心承擔許多著名的外太空探索任務，從哈勃望遠鏡到阿波羅登月計劃都是NASA的經(jīng)典手筆。現(xiàn)在，NASA 正在籌備太空發(fā)射系統(tǒng)（Space Launch System）的項目，該項目需要通過制造超巨型運載火箭把宇航員和科學實驗設備送入太空。金屬3D打印技術在制造Space Launch System運載火箭中，承擔了重要任務。

金屬3D打印助力NASA的太空探索

金屬3D打印技術早已成為NASA 一項重要的投資，他們使用該技術生產(chǎn)運載火箭需要的硬件和推進系統(tǒng)。通過多次使用，NASA對金屬3D打印技術的性能、成本、優(yōu)勢進行了全面的測試。在Space Launch System巨型運載火箭項目中，NASA 的團隊使用直接金屬燒結成型3D打印技術制造火箭噴射器只需要10天左右的時間。在有壓力的環(huán)境下，該3D打印部件比鑄件還要堅固。NASA 希望能夠使用增材制造的思維設計出更多優(yōu)化、高效的3D打印火箭噴射器，實現(xiàn)零部件輕量化，并減少人工的投入。

在此之前，NASA已經(jīng)進行了多次3D打印火箭核心零部件的測試。例如，NASA和Aerojet Rocketdyne公司對其火箭AR1增壓發(fā)動機噴油嘴進行的測試，目的是為了評估各種主要噴油部件的設計和制造方法。這幾個噴射器是用選區(qū)激光融化（SLM）金屬3D打印技術制造的。測試在超過2000 psi的壓力下進行，在當時這是火箭發(fā)動機應用中一個3D打印部件的最高壓力熱點火測試。測試結果表明僅在主噴射器一項，3D打印就把零部件的交貨時間減少了近9個月，并降低了70%的成本。

國航空噴氣·洛克達因公司與NASA格倫研究中心及馬歇爾航天飛行中心，近兩年已針對增材制造的火箭發(fā)動機噴嘴在3316℃高溫下進行了一系列點火試驗。在此基礎上，航空噴氣·洛克達因公司已分別于2014年6月及12月對采用增材制造技術打印的“Baby Bantam”火箭發(fā)動機和MPS-120立方星高比沖自適應模塊化推進系統(tǒng)進行了點火試驗。

目前為止，這些較精密的發(fā)動機噴嘴的點火試驗成功，證明3D打印金屬零部件經(jīng)受住了火箭發(fā)射時產(chǎn)生的高溫的考驗，也反應出增材制造在航天領域的應用由研發(fā)階段向工程化應用邁進了一步。

NASA 前沿的混合金屬3D打印探索

NASA 噴氣推進實驗室，研發(fā)了混合打印多種金屬或合金的3D打印技術。該技術將可以解決長期以來航天器零部件制造中的一大難題。例如，一個零件的一側要具備耐高溫特性，而另一側要具備低密度特性；或只能在一側具有磁性。制造這樣的零部件此前只能采用焊接的方法，先分別制造出不同的部件，然后再將它們焊接起來。但焊縫天然具有缺陷，容易脆化，在高強度壓力下極易導致零件崩潰。NASA正在做一個標準的3D打印工序，讓新技術能夠兼容不同的金屬粉末，以便于制造飛行器。借助這項技術，可以不斷地改變材料的組成。

REVIEW

金屬3D打印可以讓打印部件達到傳統(tǒng)方式無法達到的薄壁、尖角、懸垂、圓柱等形狀的極限尺寸，讓產(chǎn)品設計師有了更大的發(fā)揮空間。在進行飛行器中的復雜零部件設計時，設計師由過去以考慮零部件的可制造性為主，轉(zhuǎn)變?yōu)樵霾脑O計思維下的實現(xiàn)零部件功能性為主。以噴油嘴為例，受到傳統(tǒng)制造技術的限制，以前的噴油嘴包括通過焊接組合在一起的三個部分，不僅無法避免焊接具有的缺陷，而且會使噴油嘴的重量增大。而使用金屬3D打印技術制造噴油嘴，則設計師可以將噴油嘴設計優(yōu)化為一體的零件，有利于零部件自身的輕量化和性能的提升。