太空探索中的增材制造

　　当前的我们正处于一场新的、激动人心的全球太空竞赛之 中。在上世纪50 年代和60 年代，美国和前苏联进行了 一次全面的太空竞赛，双方的目标都是希望让自己的宇航员 成为第一个进入太空的人，然后成为第一个登上月球的人。

　　现在，以私营和小型公司为主导的新太空竞赛，将使 用更小、更灵活的运载火箭实现太空飞行。激光增材制造或 3D 打印是这些公司采用的理想技术，可用于太空飞行器的 快速设计和构建制造过程。同时，因为这些创新型和规模较 小公司的资本支出和可使用的资源有限，因此增材制造技术 是理想的选择。

　　在传统制造业中，用于太空探索的火箭飞船使用了众所 周知的成熟制造工艺。对于火箭筒段，通过凸块成型和剪切 后的铝板通常使用摩擦搅拌焊进行焊接；对于等栅格结构， 凹槽会由厚板加工而成；对于圆顶，将使用焊接和热旋压成 型。以上这些流程涉及的原材料、加工、清洁和检查时间， 都需要预留出提前期。任何一个或所有这些过程的提前期的 减少不仅会导致总提前期的减少，而且还为验证测试、热火 测试和车辆集成提供额外的时间。

　　然而，航空航天领域可以使用增材制造生产太空探索组 件包括推进装置和结构组件。对于推进装置特别是火箭发动机，使用增材制造的优势十分明显：减少零件总数（减少制 造缺陷的风险，与数百个零件相比，只需要处理几十个零件）、 设计简化、能够以独特的悬垂角度打印冷却通道，并提高推力。

　　使用专为增材制造设计的优异材料，可以让火箭发动机 获得更好的热容量和强度，提高效率。因此，通过增材制造生 产的火箭发动机可以到达更高的轨道或能够运输更大的有效载 荷。对于包括火箭车辆的油箱和枪管部分在内的结构部件，使 用增材制造可以消除用于金属板成型的工具和用于搅拌摩擦焊 的夹具成本，这些额外的工具成本预计在200 万美元。

　　另一个现实案例是正在火星上的毅力漫游车，这台车的 11 个部件是由激光增材制造工艺生产的。此外，宇航员已经 成功地在国际空间站上打印了聚合物和陶瓷部件。在地球上， 我们已经能够用陶瓷打印低成本的房屋，因此这很可能会转 化为下一个合乎逻辑的步骤：在月球或火星等其他行星上实 现3D 打印。使用本地原料再在外星上打印显然会更容易， 而不是在发射、飞行和着陆期间处理原材料。

　　值得注意的是，传统制造流程整体交付时间的缩短将提 升用于太空探索的飞行窗口数量。运载火箭可用性的增加、 更高的轨道和更大的有效载荷，也为客户提供了更多进入太 空的机会，无论是太空旅游还是卫星客户。