借助3DXpert进行铜合金火箭推进器3D打印

2022 年底，使用新开发的铜合金 GRCop-42 3D打印了带有集成内部冷却通道的火箭推进器演示器，此举凸显了增材制造加速创新的能力。

演示器使用再生冷却策略来调节火箭燃料首先流经冷却通道的温度，以在燃料返回燃烧室燃烧之前从推进器壁上带走热量。

创建演示器的工程师 Evan Kuester、Ryan Fishel 和 Cameron Schmidt 使用 Autodesk 的 Fusion 360 进行设计，并使用 Oqton 的 3DXpert 开发优化的打印参数和构建文件准备，包括打印方向和支撑结构。此外，3DXpert 还为打印机生成切片数据。

“这款推进器的两个最具创新性的方面是所选择的材料，一种新开发的铜合金，以及它是通过 3D 打印生产的，与传统制造方法相比，它减少了制造所需的时间、成本和精力，”Schmidt， 3D Systems 的高级应用程序开发工程师解释说。

“此外，所使用的材料 GRCop-42——美国宇航局最近开发的一种铜合金——具有使其非常适合高温应用的特性，例如火箭推进。将其与激光粉末床融合结合使用，我们在相对较短的时间内制造了推进器，并获得了良好的密度和机械性能，”他补充道。

该演示器是 3D 打印火箭应用流的新成员，该应用在过去几年中一直在稳步增长。如今，许多初创公司正在开发能够为火箭制造组件的 3D 打印机，并且发射第一枚完全 3D 打印的火箭 Terran 1 的准备工作目前正在紧锣密鼓地进行中。

虽然 3D 打印火箭最受关注，但它们只是航空航天和国防领域增材制造应用的冰山一角。推动所有这些努力的是增材制造巨大的节省时间的优势，这源于制造商可以一次制造单个零件的事实。

制造具有多个组件的复杂设备会带来许多技术挑战。组件必须单独制造、组装和组装，过程冗长乏味。 3D 打印彻底颠覆了这一点，使开发和制造最终产品的速度更快、成本更低。

具有再生冷却功能的火箭喷嘴，例如用新型铜合金制成的演示器，已经使用传统制造方法制造了几十年。虽然这种尺寸的火箭推进器通常需要几个月的时间才能制造出来，但 3D 打印的演示器只用了几周就制造完成了。

与增材制造相关的更短交货时间具有巨大的意义。首先，快速迭代在财务上变得可行，随后，制造商可以加快创新步伐。由于生产零件速度更快，因此使用 3D 打印的工程师可以在确定最佳解决方案之前进行更多试验并测试各种设计，而不会产生过多的成本。

“通过传统制造，工程师可以制造一些不同的设计，但由于成本和交货时间长，探索许多不同的设计将需要太多的努力和资源。通过 3D 打印，你可以尝试一些东西，如果它不起作用或被证明不是最佳的，回到绘图板并相对快速地迭代，”Schmidt 解释道。

此外，借助增材技术，公司可以改进和优化设计，并能够制造出传统方法无法制造的几何形状。该演示器中的冷却通道完全集成到壁中并贯穿推进器的长度，几乎可以以任何可以想象的方式进行布线，从而进一步优化热传递。

3D 打印可以通过应用表面晶格和复杂几何形状的拓扑优化等技术来提高组件的性能，这在传统上很难或不可能实现。这些设计原则已经在热交换器、医疗植入物和结构支架的制造中得到了惊人的应用。

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