独家揭秘NASA报告：增材制造在美国航天应用进展

2012年，NASA启动了AMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine（增材制造发动机验证）计划。因为NASA认为增材制造技术在制造液氢火箭发动机方面前景光明。

8年过去，NASA主导或者资助的增材制造项目成果已经实现了型号应用，比如刚刚把两位宇航员送上空间站的SpaceX公司龙飞船。龙飞船发射中止系统（LAS）的SuperDraco发动机，其燃烧室就是用镍基高温合金3D打印的。

本期优化讲坛，我们为您揭秘一份来自NASA的报告，探究美国增材制造技术的发展，以及在火箭发动机上的应用。

发动机喷注器

发动机喷注器的作用是将推进剂和氧化剂雾化混合，进入燃烧室燃烧。

喷注器内部有复杂的燃料流道，多用选择性激光熔化（SLM）技术，主要用Inco625材料。3D打印能够以很低的成本快速制造出复杂的喷注器，交货时间减少了9个月，并降低了70%的成本。

喷注器验证方法分为两个部分，首先是用水流模拟燃料的流动（左图），评估燃料流动和喷射是否满足设计要求，然后再进行地面点火试验（右图）。

火箭发动机燃烧室

燃烧室是火箭发动机的关键部件，推进剂在燃烧室点燃，产生高达2760℃的高温。这需要复杂的内部冷却通道带走燃烧室壁的热量，防止燃烧室材料软化。燃烧室是最难设计和制造的发动机部件之一。

燃烧室主要采用镍基合金或者铜合金。镍基合金在高温下仍具有很高的强度，铜合金具有良好的导热性能。

NASA还尝试了两种金属的复合增材制造技术，兼顾镍基合金的高温强度和铜合金导热性能。

但是，对于大推力火箭发动机，十几米的庞然大物，目前增材制造技术就显得过于娇小了。

有意思的是，NASA报告中重点关注了燃烧室在多次点火后的烧蚀状态。比如下图中的3D打印燃烧室，在25次点火（共2365秒）后，仍然没有发现烧蚀。