美国宇航局推进新型合金和金属3D打印技术

时间：2021-02-08 10:24 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网2月8日讯，增材制造（AM）为具有复杂内部特征和薄壁的火箭发动机组件带来了新的重要设计和制造机会。增材制造的许多发展都集中在现有或整体式合金上，这些合金无法完全优化应用结构。 NASA的定向能量沉积（DED）近期取得的成功表明，AM成本节省和时间表减少带来了可观的回报，同时重量减轻和性能提高的性能得到了优化。

L-PBF GRCop-42腔室，带外表面抛光（左）和未抛光（右）。
美国航空航天局（NASA）已展示了在低成本上级推进（LCUSP）下使用激光粉末床融合（L-PBF）GRCop-84铜合金液体火箭发动机燃烧室和AM电子束自由型Inconel 625结构护套进行双金属增材制造的成功项目。该产品已于2018年在阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心成功进行了热火测试，并通过与业界的合作进一步发展为成熟的双金属燃烧室。继续进行进一步的研究以使GRCop-84 AM商业化，并促进了GRCop-42的开发和供应链。 GRCop铜合金系列已经在多个NASA项目（包括未来的月球着陆器概念）下使用各种推进剂进行了超过30,000秒的热火测试。 GRCop合金是由美国宇航局位于俄亥俄州克利夫兰的Glenn研究中心开发的，是一种用于高性能火箭燃烧室的高强度，高导电率的铜铬铌合金。

使用L-PBF GRCop-42和NASA HR-1 LP-DED集成喷嘴的双金属7k耦合室
（右：配有歧管）。
除了与GRCop-84和GRC-42室一起工作外，对使用高强度铁镍基高温合金（NASA HR-1）制成的AM整体通道喷嘴的测试还指出，其可作为高压材料的潜在选择氢环境。使用L-PBF和激光粉末定向能量沉积（LP-DED）工艺可以轻松打印NASA HR-1。通过热处理，DED和L-PBF材料都可以获得理想的微观结构。 NASA目前正在研究NASA HR-1合金的微观结构和材料特性以及材料特性。 NASA的太空和技术任务部（STMD）快速分析和制造推进技术（RAMPT）项目是STMD游戏改变发展计划的一部分，该项目的大部分工作正在进行中。 RAMPT项目先前报告成功打印出直径40英寸（1.016米），长38英寸（0.965米）的大型整体通道喷嘴。 NASA最近使用NASA HR-1合金和LP-DED工艺以及一个完整的通道成功进行了热火测试，该通道迄今为止已累积了40多次启动和500秒的高性能。

使用L-PBF GRCop-42衬里和NASA HR-1 LP-DED夹克制造的双金属40k腔室
（RPM创新/ NASA）
RAMPT团队通过与NASA Marshall的空间发射系统（SLS）液体发动机办公室的合作伙伴关系以及与阿拉巴马州的Auburn大学的公私合作伙伴关系，已经成功使用相同的LP-DED技术印刷了更大的通道壁喷嘴。喷嘴直径为60英寸（1.524米），长度为72英寸（1.828米），是SLS火箭上RS-25发动机喷嘴的65％比例。该喷嘴在90天之内在南达科他州拉皮德城的RPM Innovations印刷。这种增材制造工艺可以将喷嘴零件的数量从1100多个减少到少于10。该创新工艺可通过近乎完整的原型设计和制造评估来快速推进技术进步。该团队在不到五个月的时间内就将该技术迅速推广到了该大型演示器上，从而验证了关键功能（例如整体冷却液通道和薄壁）的印刷，同时将变形降至最低。

使用LP-DED NASA HR-1合金（RPM Innovations / NASA）制造的直径为60英寸，长度为72英寸的整体通道壁喷嘴

使用LP-DED NASA HR-1合金（RPM Innovations / NASA）制造的直径为60英寸，长度为72英寸的整体通道壁喷嘴，其比例为RS-25喷嘴的65％比例

RAMPT项目扩大了AM喷嘴和腔室的优势，进一步完善了这些技术，以集成AM工艺，以允许使用集成的双金属和多合金组件。 NASA正在研究将NASA HR-1通道冷却喷嘴的LP-DED直接安装到L-PBF GRCop-42室上，以消除螺栓连接。这些技术的材料表征，测试和热火测试正在进行中。除了这些主要的制造开发之外，建模工作还对AM流程开发进行了补充，以模拟AM流程以减少构建失败和变形。

L-PBF GRCop-42和LP-DED NASA HR-1喷嘴的长寿命增材制造总成（LLAMA）热着火测试，> 50次启动和> 1,000秒（01-27-2021）
中国3D打印网点评：NASA继续进行AM过程开发，材料表征和测试以及热火测试，以证明GRCop-42和GRCop-84合金适用于火箭燃烧室以及NASA HR-1用于喷嘴和其他组件的适用性。 NASA团队积极参与推进这些材料和工艺的工业供应链，并通过《空间法案协议》与许多商业航天公司合作，并发布数据和技术报告。目标是将这些材料和过程用于未来的NASA和商业太空任务，以探索月球和火星。

(责任编辑：admin)

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