德國亞琛的弗勞恩霍夫激光研究所（Fraunhofer ILT）在增材制造領域取得了重大技術(shù)突破，成功為Ariane Group制造了一個基于龍門系統(tǒng)的PBF-LB基于粉末床的金屬3D打印火箭發(fā)動機歧管。這一成果不僅展示了增材制造技術(shù)在航空航天領域的巨大潛力，更凸顯了該技術(shù)在復雜部件制造中的前沿性和重要性。

▲3D打印火箭零件

?Faunhofer ILT

3D科學谷洞察

火箭發(fā)動機的關(guān)鍵部件（如燃燒室、噴注器、渦輪泵等）通常需要復雜的內(nèi)部流道、冷卻通道和異形結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)制造需通過多零件焊接或機加工完成，而增材制造能實現(xiàn)一體化成型，例如：燃燒室內(nèi)部的再生冷卻通道可通過3D打印直接集成，避免傳統(tǒng)工藝中的焊接缺陷，提升散熱效率。3D打印還可以精細化噴注器，優(yōu)化霧化效果，提高燃燒效率。通過拓撲優(yōu)化設計，在保證強度的前提下減少材料冗余，降低發(fā)動機重量，提升推重比?！?/p>

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精度和效率的平衡

在218小時的連續(xù)制造過程中，弗勞恩霍夫激光研究所-Fraunhofer ILT利用其五激光PBF-LB增材制造設備，成功制造了一個尺寸為?720 x 100 mm3的Ni718火箭發(fā)動機歧管。該PBF-LB基于粉末床的金屬3D打印設備擁有1.0 x 0.8 x 0.4 m3的構(gòu)建體積，能夠高效地完成大型復雜部件的生產(chǎn)。這一成果不僅體現(xiàn)了增材制造技術(shù)在精度和效率上的優(yōu)勢，還為航空航天領域的復雜部件制造提供了新的解決方案。

該歧管的制造是歐洲委員會資助的ENLIGHTEN項目的一部分，該項目旨在開發(fā)低成本、創(chuàng)新且環(huán)保的空間運輸系統(tǒng)（STS）技術(shù)，以提升歐洲在全球航空航天市場的競爭力。ENLIGHTEN項目的成功實施，不僅將推動航空航天技術(shù)的進步，還將為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來深遠的影響。

根據(jù)3D科學谷的了解，ENLIGHTEN項目致力于開發(fā)可由生物甲烷和綠色氫氣驅(qū)動的經(jīng)濟實惠且環(huán)保的火箭發(fā)動機，這將推動歐洲航天工業(yè)向可持續(xù)和低碳方向發(fā)展ENLIGHTEN項目中，增材制造技術(shù)如激光材料沉積（LMD）和激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)被廣泛應用于火箭發(fā)動機部件的制造。這些技術(shù)能夠制造出復雜的薄壁冷卻通道等傳統(tǒng)制造方法難以實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，顯著提高了火箭發(fā)動機的性能和可靠性。

▲3D打印火箭零件

?Faunhofer ILT

在成功完成歧管的PBF-LB增材制造后，弗勞恩霍夫激光研究所-Fraunhofer ILT進一步利用定向能量沉積（DED）技術(shù)對噴嘴延伸部分進行了制造，展示了混合增材制造方法的強大潛力。這種混合制造方法結(jié)合了PBF-LB和DED技術(shù)的優(yōu)勢，能夠制造出更加復雜和高性能的部件。

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弗勞恩霍夫 Fraunhofer ILT的LPBF技術(shù)與系統(tǒng)小組經(jīng)理Niklas Pr?tzsch表示，這標志著ENLIGHTEN項目中高通量PBF-LB/M的成功演示，但還有更多創(chuàng)新突破即將到來。他強調(diào)，增材制造技術(shù)在航空航天領域的應用前景廣闊，未來還將有更多的創(chuàng)新成果。

根據(jù)3D科學谷的市場觀察，F(xiàn)raunhofer ILT不僅推動了火箭制造技術(shù)的發(fā)展，還為歐洲航天工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和全球競爭力提供了有力支持。Fraunhofer ILT開發(fā)的激光材料沉積（LMD）技術(shù)能夠制造復雜的薄壁冷卻通道，這些通道在傳統(tǒng)制造方法中難以實現(xiàn)，LMD技術(shù)顯著提高了火箭噴嘴的制造速度和成本效益。LMD技術(shù)允許在火箭推力室噴管的制造過程中一次性形成所有內(nèi)部冷卻通道，無需進行封閉操作，從而減少了零件數(shù)量和焊接操作。

Fraunhofer ILT還開發(fā)了適用于LPBF的金屬粉末材料，專為氫動力火箭發(fā)動機設計，這些材料有助于實現(xiàn)輕量化并減少排放。Fraunhofer ILT的技術(shù)進步支持了歐洲航天工業(yè)向可持續(xù)和低碳方向發(fā)展，符合歐盟的環(huán)保法規(guī)。

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