NASA开发出新型铝合金，3D打印制造火箭喷嘴并成功测试！

3D打印技术参考注意到，NASA于10月19日发布消息称，其最近成功测试了由3D打印制造的铝合金火箭发动机喷嘴。此前由3D打印制造的火箭发动机喷嘴材料通常为镍基高温合金、铜合金或不锈钢，由铝合金制造喷嘴是第一次报道。材料的改变使喷嘴更轻，可携带更多有效载荷，从而为深空飞行奠定基础。

根据该机构的合作机会公告，NASA马歇尔太空飞行中心的工程师与Elementum 3D公司合作，开发了一种可焊接铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。

然而，由于铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂，因此到目前为止，铝通常不用于火箭发动机零件的增材制造。此前，NASA发起了名为Reactive Additive Manufacturing for Fourth Industrial Revolution Exploration Systems(RAMFIRE-ACO，用于第四次工业革命探索系统的反应增材制造)项目，以期为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。该项目下，NASA与Elementum 3D合作，通过工艺开发、表征和测试来推进高强度铝合金的大规模定向能量沉积(DED)工艺制造，并使供应链可供更广泛的航空航天、汽车和其他行业使用。

先进铝合金是具有高强度、高导热性和低重量的理想组合，使其成为许多复杂运载火箭结构的理想选择。高强度铝合金的使用受到这些合金较差的可焊性和可打印性的限制。Elementum 3D利用获得专利的反应增材制造(RAM)技术开发了一系列用于激光增材制造的可打印高强度铝合金。这些原料的强度等于或超过可比的高强度锻造铝合金，同时与锻造铝合金不同，它们还可以焊接和3D打印。这些铝合金目前被用于太空、航空航天和汽车行业，并为新的创新设计铺平了道路。RAMFIRE项目将把这些铝合金发展至大规模DED工艺，为发动机、运载火箭和栖息地提供重要的新设计机会。

带有整体通道的大型气动塞式演示喷嘴的制造工作正在进行中

NASA和Elementum 3D将所开发的变体铝合金命名为A6061-RAM2，并使用其进行喷嘴打印。火箭喷嘴具有小的内部通道，基于再生冷却原理防止熔化。使用传统的制造方法，喷嘴可能需要多达一千个单独连接的零件。RAMFIRE喷嘴采用一体式设计，所需的连接大大减少，并显著缩短了制造时间。

NASA的月球到火星目标需要能够向深空目的地发送更多货物，这种新型合金可以在制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件方面发挥重要作用。STMD先进制造首席技术专家John Vickers表示：“质量对于NASA未来的深空任务至关重要。像这种成熟的增材制造和先进材料项目，将有助于发展新的推进系统、太空制造和月球、火星及其他任务所需的基础设施。”

铝合金火箭喷嘴成功测试

今年夏天早些时候，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次热火测试。由于压力室超过825磅每平方英寸(psi)（超过预期的测试压力），喷嘴成功累积了22次启动和579秒（接近10分钟）的运行时间，这表明喷嘴可以在最苛刻的深空环境中运行。

NASA工程师在成功进行热火测试后检查RAMFIRE喷嘴

“这个测试标志着喷嘴的一个重要里程碑，在对喷嘴进行一系列严格的热火测试后，我们证明了该喷嘴能够承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力负载。”

除了成功建造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺来建造其他先进的大型部件用于演示目的。其中包括直径为36英寸（914mm）的气动塞式喷嘴，其具有复杂的整体冷却通道和用于低温流体应用的真空夹套罐。

采用A6061-RAM2铝材料开发真空夹套制造演示罐，该组件专为低温流体应用而设计，设计有一系列壁厚约为1.5mm的整体冷却通道

NASA和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界共享数据和流程。多家航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找将其用于制造卫星和其他应用部件的方法。

与标准生产技术相比，增材制造的零件可以提供复杂的几何设计，并大大节省成本和进度，为推进系统的设计开辟了新的领域。材料选择在系统设计、性能和重量方面也发挥着重要作用。