EOS 3D打印当前世界上最大的Aerospike气动火箭发动机
EOS的AMCM完成了世界上最大的气动火箭发动机的3D打印。这款发动机完全使用先进的软件算法在德国企业软件Hyperganic Core 中设计，无需任何手动 CAD建模过程，同时可能是目前有史以来生产的最复杂的增材制造零件——打破了所有传统的工作流程。 在AMCM巨大的 1m 构建体积的3D打印设备用铜打印，这款发动机高80厘米。
3D打印Aerospike气动火箭发动机
© AMCM
强大的算法
3D打印技术正在催生火箭制造的新赛道，这条赛道上随着越来越多的新加入者，竞争会愈发激烈，最终的赢家不仅要有核心的设计实力，还需要多点建立竞争壁垒，譬如在设备端从设备开发商和材料开发商借力，通过开发特殊的火箭制造3D打印设备及特殊的材料进一步拉高技术与制造壁垒，同时还需要搭建软件实力，将数据流中的价值提取出来，将数据转化为企业前进的动力“燃料”。
这款 Aerospike 火箭发动机展示了将软件算法的强大功能与世界上最先进的3D打印-增材制造系统相结合的可能性。长期以来，人们一直在尝试制造气动火箭发动机，与传统的钟形喷嘴设计相比，气动火箭发动机具有显着优势Aerospike发动机是一种火箭发动机，可在广泛的高度范围内保持其空气动力学效率。属于高度补偿喷嘴发动机类。
Aerospike发动机在低空下使用25-30％的燃料，其中大多数任务对于推力都是最大的需求。Aerospike发动机是火箭领域的巨大进步，即使是一小部分的百分点也值得追求。挑战总是在极热的废气中间冷却尖峰。创造一个可以为宇宙飞船提供动力的可靠工作引擎，这需要多次迭代 – CAD 中的迭代非常复杂，尤其是对于复杂的设计，这就是 Hyperganic Core 创成式设计和算法工程发挥作用的地方。这个Aerospike引擎设计是有效的，它建立在空间硬件工程的最新知识之上，并结合了用于Hyperganic热交换器设计的 知识体系。Aerospike 概念已广为人知且易于理解。第一个设计出现在 1960 年代和 70 年代，但当时NASA 不得不选择传统的钟形喷嘴，因为Aerospike 的设计中使用传统的工程和制造技术来冷却尖峰是不可能的。
3D打印热交换器的优势
© 3D科学谷白皮书
在某种程度上，Aerospike 需要是一个巨大的超高效热交换器，使用低温液氧来防止尖峰熔化，而3D打印将这些制造方面的挑战轻松化解。在几分钟内，Hyperganic Core可以创建几乎任何可以想象的发动机设计，包括喷射头、先进的传热系统和复杂的燃烧室几何形状，具有不同的推力水平和不同的尺寸，通过软件可以快速迭代并提出最佳设计，一次迭代只需几分钟。
3D打印Aerospike气动火箭发动机
© AMCM
自动生成零件
Hyperganic 开发了一种面向增材制造的体素级设计软件，消除了STL文件的设计约束。Hyperganic 通过算法自动生成零件，用于创建复杂功能性的仿生结构。
3D打印Aerospike气动火箭发动机-高40cm
© AMCM
设计背后的原理是：通过数学算法进行设计，没有任何CAD模型。3D打印火箭发动机模型是通过数字进化过程创建的，进化过程中的算法将生成数百种变体模型，软件将对这些模型进行物理仿真验证，筛选出最适合的模型。最终得到的3D打印火箭发动机设计，具有与人工设计完全不同的外观。
3D打印Aerospike气动火箭发动机–高80cm
© AMCM
高80cm和高40cm的两款发动机的设计是不一样的，并非仅仅是尺寸的不同。面向增材制造的零部件往往非常复杂，通过传统CAD软件实现起来变得困难。Hyperganic 通过可在CAD 中浏览的体素级3D模型来解决这一困难。Hyperganic 的商业模式也具有创新性，他们不出售软件，但会为客户提供成功的打印参数，这可能意味着Hyperganic 为客户创建收入共享的模型。
钟形内外翻转的形状
根据3D科学谷的市场了解，与传统的火箭发动机不同，Aerospike发动机的特点是钟形喷嘴可以压缩膨胀的气体，基本的形状是钟形内外翻转的形状，3D科学谷将其昵称为“内衣外穿”。
Aerospike排气歧管的设计与传统的钟形火箭基本上是相反的。当前航天飞机上普遍采用的传统钟形火箭的推力是逐渐减少的，当点火发射的时候效率最高，随后当火箭向上攀升的时候，推力开始减弱。而Aerospike结构设计理念可以保持火箭在离开地面后的推力。
Aerospike发动机已经研究了多年，是许多单级到轨道（SSTO）设计的基准引擎，也是航天飞机主机的强大竞争者。最初XRS-2200 Aerospike发动机是由波音的Rocketdyne推进与动力公司研制并装配的。该发动机将为X-33提供动力。X-33是洛克希德马丁公司建议的商业可重复使用运载火箭。然而，从1996年到NASA在2001年正式取消VentureStar计划是Aerospike发动机得到高度重视又趋于平淡的一段时期，当NASA在2001年3月宣布该计划正式宣告失效时，当时NASA已经花费了近10亿美元的资金，而洛克希德马丁公司和其他合作伙伴则贡献了3.57亿美元。
Aerospike结构通过传统制造技术很难构建，包括一系列的相关的工程困难：冷却、重量和制造成本。通过3D打印技术，可以创造复杂的几何形状，包括机加工容易形成干涉的部位通过3D打印技术可以得到有效的解决。通过今天的 3D 打印技术和新材料，如 铜合金，可以用很少的成本和时间构建功能性和经济上可行的 Aerospike 发动机。
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