美國(guó)航空航天局（簡(jiǎn)稱NASA）不僅是美國(guó)聯(lián)邦政府的一個(gè)行政性科研機(jī)構(gòu)，而且還是第一個(gè)將人送上月球，并且在航空航天領(lǐng)域運(yùn)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(jìn)了火箭。接下來，就讓我們來看看NASA有關(guān)3D打印機(jī)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(jì)的改進(jìn)。過去幾年3D打印制造這項(xiàng)技術(shù)為美國(guó)宇航局提供了許多好處。

火箭設(shè)計(jì)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(gè)重要方面。3D打印還可以實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)。利用3D打印進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，可以讓研究人員相應(yīng)地調(diào)整設(shè)計(jì)，這既節(jié)省成本，又節(jié)省時(shí)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(jìn)行3D打印。



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

美國(guó)航天局是3D打印的高質(zhì)量機(jī)械零件，耐高達(dá)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(cuò)誤也會(huì)危及整個(gè)任務(wù)，造成絕對(duì)的災(zāi)難。NASA相信3D打印技術(shù)能夠達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)。

NASA 3D打印的相關(guān)歷史

關(guān)于美國(guó)宇航局3D打印的第一條新聞要追溯到2013年，當(dāng)時(shí)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(cè)試如何做到在三周的時(shí)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(guó)國(guó)家航空航天局證實(shí)，對(duì)3D打印部件的測(cè)試結(jié)果表明，它們與傳統(tǒng)制造的部件沒有區(qū)別。負(fù)責(zé)監(jiān)督測(cè)試的推進(jìn)工程師桑德拉·埃拉姆·格林研究了測(cè)試結(jié)果，他說：“在所有的熱火測(cè)試中，兩個(gè)獨(dú)立的3D打印噴射器工作得很穩(wěn)定。”

3D打印使美國(guó)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(gè)小時(shí)。

如何使用3D打印制造引擎？

美國(guó)航天局并沒有停止使用3D打印機(jī)打印引擎部件。到2015年，他們已經(jīng)開發(fā)出多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)部件，并一起進(jìn)行了測(cè)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(píng)論說：“我們制造并測(cè)試了制造3D打印火箭引擎所需的大約75%的零件。通過對(duì)渦輪泵、噴射器和閥門進(jìn)行測(cè)試，我們已經(jīng)證明，可以為多種用途（如登陸器、空間推進(jìn)或火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的上層）建造3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)?！?br />
我們能把3D打印機(jī)送到火星上嗎？

這絕對(duì)是美國(guó)宇航局3D打印歷史的重要組成部分。他們發(fā)起了一場(chǎng)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(jī)，為人們的到來做好一切準(zhǔn)備。這個(gè)解決方案意味著在另一個(gè)星球上實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化和獨(dú)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(jìn)行最高程度的定制。

美國(guó)國(guó)家航空航天局的最新消息是一種用于3D打印火箭推進(jìn)部件的銅基合金。新開發(fā)的銅合金對(duì)美國(guó)宇航局特別有吸引力，因?yàn)樗且环N強(qiáng)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)國(guó)家航空航天局的試驗(yàn)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(shí)間。然后通過熱等靜壓機(jī)對(duì)零件進(jìn)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(yàn)。

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(qiáng)度。這可以真正改變太空旅行的未來，因?yàn)槲覀儗⒛軌蚋?、更便宜地打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件，而且它們將更輕，從而減少燃料的使用。

如你所見，美國(guó)國(guó)家航空航天局使用3D打印技術(shù)的時(shí)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(dòng)機(jī)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(jìn)行3D打??！