3D打印火箭喷射器喷头减少零件组装量并实现轻量化

现在3D打印技术越来越多的应用于高端制造业，在为欧盟Horizon 2020项目设计液体火箭发动机喷油器头的过程中3D打印技术就参与了其中，因为之前的众多案例表明3D打印技术可以轻松处理复杂的设计以及节省成本和实现部件的轻量化。

这个金属打印喷油器头的特点是30：1零件计数减少和10%的重量减少。在火箭技术中，固体燃料是一种常见的推进剂，因为它比液体燃料燃烧得更容易预测，而且可以长期储存，不会有太多的降解。现代火箭已经采用了可重用性，而且由于固体燃料对火箭造成重大损害，液体燃料是当今可重复使用火箭的首选选择。翻新和再利用火箭使德国航天中心能够为小型卫星发射器提供更具成本效益的选择。但是，这种液体燃料的使用也带来了一些问题，这就是为什么团队选择3D打印技术的原因。

DLR团队的经理Markus Kuhn和Ilja Müller与位于比利时鲁汶的3D系统公司客户创新中心(CIC)合作设计了喷油器头。库恩说：“基于涉及dmp(直接金属打印)的空间相关举措的成功，我们认为3D系统非常适合于提供喷油器头的制造方面的设计，同时着眼于传感器集成、燃料和冷却剂分配的新可能性。”通过3D打印喷油器头，他们能够将装配的部件从30件减少到1件，重量减少10%。整体组件不仅更坚硬和更轻，而且还包括冷却通道，以提高效率和推进。它是用Inconel合金LaserForm Ni 718(A)打印的，具有抗氧化和耐腐蚀的特性。这一点特别重要，因为喷油器头是燃料和氧化剂进入燃烧室的地方。这种材料在700℃以下的温度表现良好，这也是同样重要的，因为它将进入太空。

除了提高机械和热性能外，通过绕过所有不同零件的采购和组装，将喷油器头固定在一个部件上，大大缩短了生产的准备时间。好处不限于此。在没有传统制造方法的设计限制的情况下，工程师可以采用同轴喷射技术，通过双旋流形状优化氧化剂与燃料的混合。如果没有3D打印，这样的形状几乎是不可能制造的。

计算模拟结果表明，该设计产生了良好的混合和燃烧效率，打印件的热火测试结果基本一致，验证了三维可打印设计的准确性和三维打印喷油器头本身的功能。Müller并不否认在这个项目中使用3D打印的好处，他说：“我们认为我们可以放心地说，3D打印喷油器头的集成功能比传统方法制造的最先进的同等零件更优越，生产时间和成本更低。”白令三维也相信在今后的航空航天应用中3D打印能够展现跟多优势。