3D打印技術(shù)參考注意到，NASA于日前開(kāi)發(fā)了一款集成了其多種先進(jìn)3D打印合金組成的著陸器發(fā)動(dòng)機(jī)，包含GRCop-42銅合金制造的燃燒室，GRX-810超級(jí)合金制造的噴射器，以及Al6061-RAM2鋁合金制造的噴嘴。
該發(fā)動(dòng)機(jī)采用緊湊增強(qiáng)型火花撞擊點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火。使用激光粉末床熔融（L-PBF）技術(shù)3D打印了GRX-810（Ni-Co-Cr）五重撞擊噴射器。GRX-810是NASA開(kāi)發(fā)的一種多主元素合金，采用氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）技術(shù)。基于NASA先前測(cè)試項(xiàng)目的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用了GRCop-42 L-PBF技術(shù)3D打印燃燒室。熱試火測(cè)試的重點(diǎn)是LP-DED技術(shù)3D打印的Al6061-RAM2噴嘴。
噴嘴組件采用基礎(chǔ)LP-DED Al6061-RAM2噴嘴襯套設(shè)計(jì)，該襯套具有整體通道、兩個(gè)傳統(tǒng)制造的Al6061-T6歧管，以及八個(gè)爆炸性結(jié)合的In625至Al6061-T6端口。該推力級(jí)為31kN的硬件已通過(guò)液氧/液氫和液甲烷進(jìn)行了熱試火測(cè)試。推力室組件在22次熱試火測(cè)試中累計(jì)運(yùn)行了577秒，其中單次最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間為60秒。
該項(xiàng)目不僅展示了激光粉末定向能量沉積（LP-DED）技術(shù)在鋁合金制造中的卓越性能，還通過(guò)引入多種先進(jìn)合金如GRCop銅合金、GRX-810高溫合金及A6061-RAM2鋁合金，實(shí)現(xiàn)了材料科學(xué)與先進(jìn)制造技術(shù)的高度融合。這一綜合性應(yīng)用不僅體現(xiàn)了合金材料創(chuàng)新對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升的關(guān)鍵作用，還深刻揭示了多材料協(xié)同策略在解決復(fù)雜航天工程問(wèn)題中的巨大潛力。
此前，LP-DED技術(shù)在處理薄壁鋁合金方面的技術(shù)成熟度較低。Al6061-RAM2是一種專為增材制造過(guò)程設(shè)計(jì)的鋁合金，通過(guò)反應(yīng)性增材制造（RAM）技術(shù)將6061基礎(chǔ)粉末與陶瓷顆粒（如碳化硼B(yǎng)4C和富鈦Ti顆粒）混合制成。這種合金不僅保留了6061合金的高強(qiáng)度和良好導(dǎo)熱性，還通過(guò)陶瓷顆粒的添加增強(qiáng)了其抗熱撕裂能力和細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，RAM工藝中的陶瓷顆粒作為異質(zhì)形核點(diǎn)，促進(jìn)了等軸細(xì)晶粒的形成，從而提高了合金的強(qiáng)度和韌性。
A6061-RAM2鋁合金作為本項(xiàng)目的核心材料，顯著提升了其抗熱裂性、強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的高熱通量環(huán)境提供了理想的解決方案。熱試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，噴嘴在多次點(diǎn)火試驗(yàn)中表現(xiàn)穩(wěn)定，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間達(dá)577秒，最長(zhǎng)單次運(yùn)行時(shí)間為60秒。
這一結(jié)果表明，LP-DED技術(shù)在打印的Al6061-RAM2材料不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，還能夠在極端工況下保持穩(wěn)定，滿足液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的嚴(yán)格要求，展現(xiàn)了其在航空航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)輕量化、高性能部件制造的巨大前景。
與此同時(shí)，GRCop銅合金和GRX-810高溫合金的引入，進(jìn)一步豐富了項(xiàng)目的材料體系。GRCop銅合金以其卓越的導(dǎo)熱性能和良好的加工性，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液冷系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，有效保障了噴嘴等關(guān)鍵部件在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。而GRX-810高溫合金則憑借其出色的高溫強(qiáng)度和抗氧化性，成為潛在的高溫部件候選材料，為未來(lái)更嚴(yán)苛的航天任務(wù)提供了有力支持。
由GRX-810高溫合金和GRCop-42銅合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)
GRX-810高溫合金噴射器后處理及測(cè)試
從多材料協(xié)同的角度來(lái)看，本次項(xiàng)目的成功實(shí)施證明了通過(guò)合理選擇和優(yōu)化材料組合，可以有效提升火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能和可靠性。A6061-RAM2鋁合金、GRCop銅合金以及GRX-810高溫合金的集體使用，不僅發(fā)揮了各自材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，還通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝，實(shí)現(xiàn)了性能互補(bǔ)和協(xié)同效應(yīng)。這種多材料協(xié)同策略不僅提高了項(xiàng)目的技術(shù)復(fù)雜度和挑戰(zhàn)性，也為未來(lái)航天工程領(lǐng)域的材料創(chuàng)新和應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。
END
近年來(lái)，隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)高性能、輕量化材料的需求日益迫切。鋁合金因其良好的導(dǎo)熱性、耐腐蝕性以及較高的強(qiáng)度/重量比，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)鋁合金在增材制造過(guò)程中易出現(xiàn)熱撕裂（固化裂紋）等問(wèn)題，限制了其在增材制造工藝中的應(yīng)用。NASA開(kāi)發(fā)的Al6061-RAM2鋁合金，旨在解決這些問(wèn)題，并拓展其在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造中的潛力。
此外，該項(xiàng)目通過(guò)引入多種先進(jìn)合金并成功應(yīng)用，不僅推動(dòng)了高性能材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，還展示了多材料協(xié)同策略在解決復(fù)雜航天工程問(wèn)題中的巨大潛力和價(jià)值。這一項(xiàng)目的成功實(shí)施不僅為未來(lái)的航天任務(wù)提供了更加可靠和高效的解決方案，也為材料科學(xué)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力和動(dòng)力。
