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【美高梅手机版登陆4688】动用三维打字与印刷举行原型设计,使用3D打字与印刷喷射器比早前其余的喷射器产生10倍以上的推力

By admin in 未分类 on 2019年11月13日

美国航空航天局不仅是美国联邦政府的一个行政性科研机构,而且还是第一个将人送上月球,并且在航空航天领域运用3D打印制造最为成熟的航天先驱者。3D打印使他们突破了新的边界,改进了火箭。接下来,就让我们来看看NASA有关3D打印机在航天航空领域使用的历史以及未来的前景。

近日,美国宇航局成功测试了有史以来最大的3D打印火箭发动机组件,发动机点火期间创纪录的产生了9072公斤的推力。

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在众多降低硬件成本空间的重要进展之中,这项测试具有里程碑意义。像添加剂制造技术,3D打印,令美国航天工业培育出新的、更具成本效益的能力。

美高梅在线登录网址美高梅手机版登陆4688 ,为什么NASA要选择3D打印技术制造航天航空部件?

发动机点火过程中测试该组件,喷油器输送推进燃料到发动机,提供发送火箭到太空所需要的推力。喷射器测试期间,液态氧和气态氢通过该组件到燃烧室中,使用3D打印喷射器比先前任何的喷射器产生10倍以上的推力。

航空局必须跟上最新的创新,并不断寻求火箭设计的改进。过去几年3D打印制造这项技术为美国宇航局提供了许多好处。

3D打印火箭喷射器的成功试验令美国宇航局更能证明这项创新科技的运用可以减少航空工业的硬件成本,美国宇航局马歇尔太空飞行中心工程指挥部主任克里斯辛格说。

火箭设计中最重要的部分是如何减低部件的重量,而3D打印正是这一问题的最佳解决方案。也是制造火箭的一个重要方面。3D打印还可以实现快速生产。利用3D打印进行原型设计,可以让研究人员相应地调整设计,这既节省成本,又节省时间。完美的原型可以很容易地成为最终产品,所有需要做的就是将3D模型发送到最终技术中进行3D打印。

该组件使用选择性激光熔化技术制造,利用高能激光束把镍铬合金粉末熔化,再根据计算机设计的3D模型打印出喷射器。在尺寸大小上它与小功率火箭发动机相似,在设计上类似于大型发动机的喷射器,如美国宇航局航天发射系统(
SLS )用来发射深空载人火箭RS -25到小行星和火星的发动机。

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这整个一系列的努力帮助我们从设计、制造、测试方面了解建立更大组件的3D打印品需要什么该项目的首席工程师格雷格巴尼特说,这项技术可以应用到任何SLS的引擎或正在兴建的私人火箭的组件上。

左图显示的是直接从3D打印机输出的引擎部件,右图显示的是后处理完成后的部件。

减少成本的关键之一是尽量减少火箭部件的数量。这个喷射器有两部分,而早前测试的类似的喷射器有115个部件。较少的部件不需要太多组装工作,这意味着复杂的零件利用3D印刷有显著的节约成本的潜力。

美国航天局是3D打印的高质量机械零件,耐高达3300°C,甚至与火箭一样复杂。火箭零件必须是完美的。即使是最小的错误也会危及整个任务,造成绝对的灾难。NASA相信3D打印技术能够达到最高标准。

我们测试现有的喷射器并对其设计作出修正,因此喷射器可以用3
D打印机打印,负责设计喷射器推进的工程师布拉德解释说,我们通过直接比较传统组装的喷射器和3D打印喷射器的测试数据,看看性能是否有任何差异。

NASA 3D打印的相关历史

从早期测试数据表明,在绝对压力每平方英寸高达635公斤,近3316摄氏度的情况下喷射器能够完美地工作。在未来的日子里,工程师通过电脑扫描可更方便地检查组件状况。

关于美国宇航局3D打印的第一条新闻要追溯到2013年,当时他们提出了一系列问题:“什么东西能在几乎6000华氏度的高温下不熔化?什么东西在极端的压力下没有破裂?从生产到测试如何做到在三周的时间内完成?什么能使昂贵的火箭零件的成本降低60%或更多?

喷油器是由指定的得克萨斯州奥斯汀公司制造,但由美国航空航天局来设计喷射器。美国宇航局通过马歇尔材料工程实验室管理下的信息系统数据库将测试数据和材料提供给所有的美国公司。

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NASA旨在推进技术改革,比如3D打印,以使太空探索的每一个方面更有利于成本控制这项测试建立在由位于克利夫兰的美国宇航局格伦研究中心领导下的热点火试验上。

答案是3D打印制造。美国国家航空航天局证实,对3D打印部件的测试结果表明,它们与传统制造的部件没有区别。负责监督测试的推进工程师桑德拉·埃拉姆·格林研究了测试结果,他说:“在所有的热火测试中,两个独立的3D打印喷射器工作得很稳定。”

马歇尔工程师最近在加利福尼亚州莫菲特场完成了空间测试,公司与NASA合作开发的3D打印机能很快为国际空间站的机组人员打印工具。美国宇航局(NASA)甚至探索为长时间太空任务打印食品的可能性。

3D打印使美国宇航局拥有耐用、耐热和复杂的零件。除此之外,它还将成本降低了50%以上,从每部分10000美元降低到不足5000美元。生产效率也更高,生产大约需要40个小时。

关键词:3D打印火箭发动机

如何使用3D打印制造引擎?

美国航天局并没有停止使用3D打印机打印引擎部件。到2015年,他们已经开发出多个发动机部件,并一起进行了测试。他们产生了20000磅的推力!3D打印引擎经理伊丽莎白·罗伯逊(Elizabeth
Robertson)评论说:“我们制造并测试了制造3D打印火箭引擎所需的大约75%的零件。通过对涡轮泵、喷射器和阀门进行测试,我们已经证明,可以为多种用途(如登陆器、空间推进或火箭发动机的上层)建造3D打印发动机。”

我们能把3D打印机送到火星上吗?

这绝对是美国宇航局3D打印历史的重要组成部分。他们发起了一场3D打印地挑战,以期获得殖民火星的最佳想法。

最好的办法是发送3D打印机,为人们的到来做好一切准备。这个解决方案意味着在另一个星球上实现全自动化和独立制造!3D打印制造使用根据环境调整的新材料和开发解决方案。这意味着可以进行最高程度的定制。

美国国家航空航天局的最新消息是一种用于3D打印火箭推进部件的铜基合金。新开发的铜合金对美国宇航局特别有吸引力,因为它是一种强导电材料。他们已经用3D打印了燃烧室衬里和喷油器面板。

这种合金符合最高的航空航天等级标准。美国国家航空航天局的试验证明,这种材料在50%厚的层下表现更好,这使得冷却速度更快,并加快了生产时间。然后通过热等静压机对零件进行拉伸,以降低金属的孔隙率,最后将其送至后处理和室温拉伸试验。

采用铜合金制作的三维打印件具有良好的导热性、抗变形性和高温强度。这可以真正改变太空旅行的未来,因为我们将能够更快、更便宜地打印火箭发动机零件,而且它们将更轻,从而减少燃料的使用。

如你所见,美国国家航空航天局使用3D打印技术的时间只有6年多,并且取得了一些巨大的突破。他们的3D打印金属发动机部件可以承受超过3000°C的温度和发射过程中产生的大量应力。我们甚至开始在太空中进行3D打印!

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