美國航空航天局（簡稱NASA）不僅是美國聯(lián)邦政府的一個行政性科研機構(gòu)，而且還是第一個將人送上月球，并且在航空航天領(lǐng)域運用3D打印制造最為成熟的航天先驅(qū)者。3D打印使他們突破了新的邊界，改進了火箭。接下來，就讓我們來看看NASA有關(guān)3D打印機在航天航空領(lǐng)域使用的歷史以及未來的前景。


為什么NASA要選擇3D打印技術(shù)制造航天航空部件？

航空局必須跟上最新的創(chuàng)新，并不斷尋求火箭設(shè)計的改進。過去幾年3D打印制造這項技術(shù)為美國宇航局提供了許多好處。

火箭設(shè)計中最重要的部分是如何減低部件的重量，而3D打印正是這一問題的最佳解決方案。也是制造火箭的一個重要方面。3D打印還可以實現(xiàn)快速生產(chǎn)。利用3D打印進行原型設(shè)計，可以讓研究人員相應(yīng)地調(diào)整設(shè)計，這既節(jié)省成本，又節(jié)省時間。完美的原型可以很容易地成為最終產(chǎn)品，所有需要做的就是將3D模型發(fā)送到最終技術(shù)中進行3D打印。



左圖顯示的是直接從3D打印機輸出的引擎部件，右圖顯示的是后處理完成后的部件。

美國航天局是3D打印的高質(zhì)量機械零件，耐高達3300°C（6000°F），甚至與火箭一樣復(fù)雜?；鸺慵仨毷峭昝赖?。即使是最小的錯誤也會危及整個任務(wù)，造成絕對的災(zāi)難。NASA相信3D打印技術(shù)能夠達到最高標準。

NASA 3D打印的相關(guān)歷史

關(guān)于美國宇航局3D打印的第一條新聞要追溯到2013年，當(dāng)時他們提出了一系列問題：“什么東西能在幾乎6000華氏度的高溫下不熔化？什么東西在極端的壓力下沒有破裂？從生產(chǎn)到測試如何做到在三周的時間內(nèi)完成？什么能使昂貴的火箭零件的成本降低60%或更多？



答案是3D打印制造。美國國家航空航天局證實，對3D打印部件的測試結(jié)果表明，它們與傳統(tǒng)制造的部件沒有區(qū)別。負責(zé)監(jiān)督測試的推進工程師桑德拉·埃拉姆·格林研究了測試結(jié)果，他說：“在所有的熱火測試中，兩個獨立的3D打印噴射器工作得很穩(wěn)定?！?br />
3D打印使美國宇航局擁有耐用、耐熱和復(fù)雜的零件。除此之外，它還將成本降低了50%以上，從每部分10000美元降低到不足5000美元。生產(chǎn)效率也更高，生產(chǎn)大約需要40個小時。

如何使用3D打印制造引擎？

美國航天局并沒有停止使用3D打印機打印引擎部件。到2015年，他們已經(jīng)開發(fā)出多個發(fā)動機部件，并一起進行了測試。他們產(chǎn)生了20000磅的推力！3D打印引擎經(jīng)理伊麗莎白·羅伯遜（Elizabeth Robertson）評論說：“我們制造并測試了制造3D打印火箭引擎所需的大約75%的零件。通過對渦輪泵、噴射器和閥門進行測試，我們已經(jīng)證明，可以為多種用途（如登陸器、空間推進或火箭發(fā)動機的上層）建造3D打印發(fā)動機?！?br />
我們能把3D打印機送到火星上嗎？

這絕對是美國宇航局3D打印歷史的重要組成部分。他們發(fā)起了一場3D打印地挑戰(zhàn)，以期獲得殖民火星的最佳想法。

最好的辦法是發(fā)送3D打印機，為人們的到來做好一切準備。這個解決方案意味著在另一個星球上實現(xiàn)全自動化和獨立制造！3D打印制造使用根據(jù)環(huán)境調(diào)整的新材料和開發(fā)解決方案。這意味著可以進行最高程度的定制。

美國國家航空航天局的最新消息是一種用于3D打印火箭推進部件的銅基合金。新開發(fā)的銅合金對美國宇航局特別有吸引力，因為它是一種強導(dǎo)電材料。他們已經(jīng)用3D打印了燃燒室襯里和噴油器面板。

這種合金符合最高的航空航天等級標準。美國國家航空航天局的試驗證明，這種材料在50%厚的層（0.045毫米）下表現(xiàn)更好，這使得冷卻速度更快，并加快了生產(chǎn)時間。然后通過熱等靜壓機對零件進行拉伸，以降低金屬的孔隙率，最后將其送至后處理和室溫拉伸試驗。

采用銅合金制作的三維打印件具有良好的導(dǎo)熱性、抗變形性和高溫強度。這可以真正改變太空旅行的未來，因為我們將能夠更快、更便宜地打印火箭發(fā)動機零件，而且它們將更輕，從而減少燃料的使用。

如你所見，美國國家航空航天局使用3D打印技術(shù)的時間只有6年多，并且取得了一些巨大的突破。他們的3D打印金屬發(fā)動機部件可以承受超過3000°C的溫度和發(fā)射過程中產(chǎn)生的大量應(yīng)力。我們甚至開始在太空中進行3D打??！