德国宇航中心（DLR） 开发用于航天的 3D 打印工艺

最大的安全性、高性能和长使用寿命是太空推进系统必须满足的重要要求。目前的推进技术已经在这里取得了成功，但它们在成本效益和可重用性方面表现如何？这些是具有竞争力的重要标准。德国航空航天中心 (Deutsches Zentrums für Luft- und Raumfahrt; DLR) 的研究人员正在低成本空间组件 3D 打印 (3D-LoCoS) 项目中重点研究这些特性。重点是金属基增材制造——即3D打印工艺的进一步开发和应用。这些方法使得更快、更经济高效地生产新空间组件的技术演示器成为可能。

降低成本是航天领域的竞争因素

德国航天中心材料研究所项目负责人 Jan Haubrich 表示：“新的制造工艺是提高性能、提高成本效益的关键，并为可重复使用的发射器技术铺平了道路。” 来自结构与设计研究所、空间推进研究所、软件技术研究所和材料研究所的跨学科团队正在共同致力于3D-LoCoS项目。目的是扩大“激光粉末床融合”（LPBF）增材制造工艺的可能应用。LPBF 方法适用于特别复杂或错综复杂的结构。

“我们设计和开发了一种具有特殊再生冷却概念的燃烧室，专门用于增材 LPBF 制造工艺，”德国航天中心空间推进研究所的德米特里·苏斯洛夫 (Dmitry Suslov) 说道。铜、铬和锆的合金使燃烧室的材料具有高导热性和耐热性。

P8试验台上的新制造工艺

P8研究和技术试验台上的热火测试 兰波尔德斯豪森的 3D 打印燃烧室的设计和制造过程均取得了成功，该燃烧室能够产生 25 千瓦的推力。“通过六次热火测试，我们能够展示这种新制造方法的巨大潜力以及 3D 打印燃烧室的功能，”Suslov 说。“现在我们希望快速将这项技术引入工业应用。测试证明增材制造为发动机部件的设计和制造提供了广泛的应用范围。” 整个项目还采用了基于人工智能（AI）的创新设计方法——从燃烧室的设计到试验台上测试的实施。

燃烧室首先被流经其中的甲烷预冷却。这会导致空气中的湿气凝结并在燃烧室上形成冰。冷却从喷嘴喉部开始，然后向上游到达喷射头。当燃烧室点燃时，热量传递到冷却介质，冰融化并蒸发。

金属基增材制造的创新

Jan Haubrich 表示：“增材制造工艺实现了一种完全不同的组件生产方式，与大多数其他加工方法相比，这是一项相当年轻的技术。”他指出了未来的潜力：“特别是对于复杂的设计，它可以打印组件更快、更经济。” 然而，使用增材制造生产的材料的行为与传统加工的材料不同，因此需要额外的测试和技术开发。后续项目将继续利用人工智能将铜燃烧室开发成可飞行的硬件。合作项目还旨在加强技术向工业的转让。