▲ 加速Raptor3的技术发展
© SpaceX

埃隆马斯克对增材制造技术的看法是，它不仅是制造业的未来，而且是实现其太空探索愿景的关键技术。通过这项技术，SpaceX 正在不断推动设计的极限，创造更高效、更可靠且成本效益更高的产品。”

 知识产权许可
     商业竞争优势的一环

近日，SpaceX与Velo3D达成了一项重要的知识产权许可和支持服务协议，总价值800万美元。根据协议，SpaceX将获得Velo3D增材制造技术的非独家许可，以及一系列的工程和支持服务。这项技术对于SpaceX在制造其先进的Raptor发动机，特别是最新测试的Raptor 3发动机中发挥了关键作用。

Velo3D的技术允许SpaceX制造复杂的火箭发动机部件，这些部件在设计和功能上都具有高度的复杂性。通过这项协议，SpaceX不仅能够使用Velo3D的技术，还能够对其进行修改和开发，以适应其内部运营的需求。这包括在火箭和航天器部件制造过程中的应用。Velo3D将保留对其技术的所有权，并继续控制对外的技术分发，同时SpaceX将拥有在使用过程中对技术所做改进的所有权。

根据3D科学谷的市场洞察，这项合作协议包括几个关键点：

• 许可费用：SpaceX 将支付 500 万美元以获得 Velo3D 技术的非排他性、免版税、永久许可。
• 技术改进：SpaceX 有权修改和改进 Velo3D 的技术，但仅限于内部使用。
• 知识产权：Velo3D 保留对其知识产权的所有权，包括在协议生效后的 12 个月内所做的任何改进。
• 再授权权利：SpaceX 可以在特定条件下将 Velo3D 技术再授权给关联公司或非竞争对手的第三方。
• 支持服务：Velo3D 将为 SpaceX 提供工程支持服务，帮助其有效整合 Velo3D 技术。
• 额外服务费用：除了许可费用外，SpaceX 还将为 Velo3D 提供的支持服务支付 300 万美元。

该协议还授予 SpaceX 在某些条件下再授权 Velo3D 技术的权利。具体而言，SpaceX 可以将该技术再授权给关联公司或第三方，前提是这些第三方不是 Velo3D 的竞争对手。再授权必须仅限于向 SpaceX 本身提供服务，这意味着获得再授权的实体不能将该技术用于 SpaceX 业务之外的独立目的。

此外，Velo3D将为SpaceX提供必要的支持服务，帮助SpaceX有效整合和利用Velo3D的技术。这些服务可能包括工程支持和技术咨询，以确保SpaceX能够充分利用Velo3D的技术。作为交换，SpaceX将向Velo3D支付总计800万美元，其中500万美元为技术许可费，另外300万美元用于购买支持服务。

 更互利的合作

在商业竞争中，经常是甲方对乙方的价格和付款条件步步紧逼，使得乙方的利润不断降低，现金流出现拆东墙补西墙的各种窘境。涸泽而渔，内卷的尽头没有赢家，那么，有没有一种合作？并非是甲方单维度将乙方挤到墙角上，而是能够通过甲乙双方的深度合作，甲方获得更快速更度身定制的技术优势，同时乙方获得技术的进一步提升和现金流的保障？

这方面，SpaceX为业界做出了开创性的表率。

这项合作不仅对SpaceX在火箭发动机制造方面具有重要意义，也显示了Velo3D在增材制造领域的技术实力和市场地位。通过这种合作，两家公司都能够在各自的领域内推动技术的进一步发展和应用。

根据3D科学谷的市场洞察，Velo3D 与 SpaceX 的合作模式对 Velo3D 的长期发展可能产生多方面的积极影响：

• 财务稳定：通过与 SpaceX 的合作协议，Velo3D 获得了重要的资金注入，这有助于公司在面临市场挑战时保持运营和财务稳定。这种资金支持可能使公司能够继续投资研发和扩大生产能力。
• 技术改进与创新：根据协议，SpaceX 可以对 Velo3D 的技术进行修改和改进，这可能会推动 Velo3D 在金属增材制造领域的技术进步。同时，Velo3D 保留对其知识产权的所有权，包括在协议生效后的 12 个月内对其技术所做的任何改进，这有助于Velo3D保持技术领先地位。
• 市场地位提升：与 SpaceX 的合作提升了 Velo3D 在增材制造行业的知名度和市场地位。这种合作关系可能会吸引其他潜在客户或合作伙伴，从而扩大 Velo3D 的市场份额。
• 业务模式的验证：Velo3D 通过与 SpaceX 的合作，验证了其业务模式和市场策略的有效性。这种合作为公司提供了一个展示其技术实力和制造能力的平台，有助于增强投资者和其他利益相关者的信心。
• 长期战略规划：Velo3D 可以利用这次合作作为一个跳板，进一步规划其长期战略，包括产品开发、市场扩张和潜在的战略合作。这种前瞻性规划对于其持续增长和成功至关重要。

当然，尽管合作带来了许多积极影响，但也可能存在一些潜在的挑战，如对单一客户的依赖增加、技术泄露风险以及在合作中可能产生的知识产权纠纷。

根据3D科学谷的市场洞察，Velo3D 与 SpaceX 的合作在可见的未来会为 Velo3D 带来多点的技术改进：

• 非接触式铺粉技术提升：Velo3D 以其创新的非接触式铺粉技术而闻名，这对于实现高质量的构建至关重要，尤其是无支撑金属3D打印的实现。根据SpaceX新产品设计的需求，这种技术对于 SpaceX 在其火箭和航天器部件的制造过程中可能会有进一步改进。
• 零件性能提升：Velo3D 的技术可以帮助 SpaceX 优化零件设计，以满足太空探索行业的高标准。此外，Velo3D 部署了下一代合金目录，根据SpaceX的实际需求，通过优化材料来提升零件性能。
• 人工智能模拟能力提升：Velo3D 与 PhysicsX 的合作为 Velo3D 客户提供了人工智能模拟工作流程，基于SpaceX的实际应用场景以加速仿真循环，提高仿真保真度，并算法性地探索复杂设计空间以解锁新的性能水平。

3D科学谷认为，Velo3D 与 SpaceX 的合作对其长期发展具有积极影响，也将对3D打印行业整体的竞争带来新思路，使得行业的生态合作思维提上日程，从盲目内卷走向更为合作共创的良性发展之路。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

白皮书下载 l 加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
欢迎转载 l 转载请注明来源3D科学谷 l 链接到3D科学谷网站原文

▲ Raptor3
© SpaceX

根据《融合增材制造的液体火箭发动机创新设计方法与应用》一文，增材制造技术的出现，对液体动力研制模式带来了新的发展空间。增材制造高度契合先进液体动力的发展方向，主要体现在五个层面：（1）高可靠性（2）低成本批量化（3）快速研制（4）轻质化（5）可重复使用（修复和逆向设计）。

为进一步提高其性能，在结构设计方面，需要在下列方向重点突破：1)开展发动机多功能耦合设计和协同优化方面的研究，形成多结构尺度-多组件集成-多功能协调-多系统融合的研制体系。在更高的总体设计角度中实现将承载、隔热、对流换热等功能组件集成；燃烧、冷却、控制、诊断等多系统融合；热、力、声等多物理场优化，实现刚度、质量、模态等动静性能的协调匹配。2)开展增材制造工艺约束和材料性能方面的研究，针对形成的制造体系，开展发动机重点材料牌号、典型结构部件在多物理场下的力学性能等基础理论攻关，形成面向增材制造的发动机材料结构性能数据库，为发动机结构设计体系的建立提供支撑。

《融合增材制造的液体火箭发动机创新设计方法与应用》谭永华等

3D打印正在助力商业航天抢滩火箭性能新里程碑的技术至高点，关于3D打印对火箭制造行业的革新作用， SpaceX首席设计师兼首席执行官埃隆马斯克有着精辟的观点：通过3D打印，可以以传统制造方法的一小部分成本和时间就能制造出坚固且高性能的发动机零件。通过3D打印来创建高性能的火箭零件，SpaceX正在推动增材制造的极限，而根据埃隆马斯克在x.com社交媒体的透露，几年后，SpaceX最终将拥有 Raptor 3/4 真空版本（巨型喷嘴），其 Isp 为 380。

▲ 液体火箭发动机3D打印应用
© 3D科学谷白皮书

 从根本上改变

几个月前，埃隆展示了 Raptor 3 的愿景，这似乎好得令人难以置信。拟议的设计展示了一定程度的结构简化，许多行业观察家（包括经验丰富的专家）认为这过于雄心勃勃。然而，SpaceX 克服了怀疑，将这一精简概念变为现实。

Raptor 3 的设计理念体现了“少即是多”的原则。通过降低复杂性，SpaceX 旨在提高可靠性——在通常以冗余为特征的行业中，这是一种违反直觉的方法。这种简化不仅仅是美观，从根本上改变了发动机的核心架构。

© SpaceX

虽然 Raptor 3 的外观与其前代产品相比显得非常简洁，但它的大部分复杂性都被巧妙地隐藏了起来。发动机广泛使用集成冷却通道壁，这是 Raptor 2 中很少使用的技术。这些通道现在在整个发动机中更为普遍，为其流线型外观做出了重大贡献。

“ 3D Science Valley 白皮书 图文解析

”

 零件整合和设计优化

根据3D科学谷的市场研究，SpaceX 的 Raptor 1 到 Raptor 3 发动机的演变确实是零件整合和设计优化的杰出例子，展示了如何通过技术创新实现性能提升和成本降低：

1. 重量减轻：Raptor 3 相比 Raptor 1 重量减轻了 36%，这得益于零件的整合和材料的优化，使得发动机更加轻巧，同时提高了推重比。
2. 推力增加：Raptor 3 的海平面推力增加了 51%，这是通过提高燃烧室压力和优化燃烧过程实现的，显著提升了发动机的性能。
3. 零件整合：Raptor 3 通过内部化次级流道和增加外露部件的再生冷却，减少了外部部件的需求，从而简化了设计。
4. 消除隔热罩：由于设计改进，Raptor 3 不再需要隔热罩，这不仅减轻了质量，还减少了与隔热罩集成和维护相关的复杂性。
5. 简化设计：取消隔热罩和灭火系统，进一步简化了发动机的设计，减少了潜在的故障点，提高了系统的可靠性。
6. 增材制造：大量使用增材制造技术是实现这些改进的关键因素之一。这种技术允许更复杂的零件设计，同时减少制造时间和成本。

Raptor 发动机的这些进步不仅体现了 SpaceX 在火箭发动机设计上的领先地位，也为整个航天工业提供了零件整合和设计简化的范例。通过这些创新，SpaceX 能够以更低的成本实现更高的性能，为未来的太空探索和铺平了道路。

Raptor 3 简化设计的一个关键因素是将二次管道集成到主泵中。这种整合以及某些结构的移除使发动机更轻但更强大。然而，这种流线型设计的代价是增加了制造复杂性。Raptor 3 的生产需要先进的制造技术。大量使用冷却通道壁需要复杂的机械加工和钎焊工艺。SpaceX 很可能利用3D打印技术克服这些生产挑战，突破火箭制造的界限。

SpaceX正在继续改进 Raptor 3，很明显他们不仅仅是在探索星空——他们还在简化旅程。这款发动机代表了火箭设计的范式转变，证明了在太空探索领域，有时最简单的解决方案可以产生最具爆炸性的影响。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

白皮书下载 l 加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿 l 发送至2509957133@qq.com
欢迎转载 l 转载请注明来源3D科学谷 l 链接到3D科学谷网站原文

SpaceX 在火箭回收、翻修、迭代方面不断挑战着人类工程技术的极限。在SpaceX 的太空征程中，3D打印技术无论是在直接制造轻量化火箭发动机零部件，还是在翻修过程中快速定制工装夹具领域，都发挥了重要作用。

本期,3D科学谷将与谷友们共同了解SpaceX的制胜之道，以及SpaceX 在猎鹰火箭翻修中应用的3D打印技术。

马斯克在演讲中展示“殖民火星计划”的火星基地α（Mars Base Alpha）© Raise3D

低成本、可回收

 比节日烟花更频繁的发射次数

SpaceX的发射有多频繁？2020年，SpaceX共发射火箭26次，成功26次，从发射总量而言，占全球商业航天的70%。

数据来源：航天爱好者网© Raise3D

不过相比发射数量而言，更让人震惊的是，2020年SpaceX的发射全部使用的“猎鹰-9”火箭（Falcon 9）。

猎鹰-9号火箭家族© Raise3D

猎鹰-9是仅次于重型猎鹰的大载重运载火箭。到达全动力后，9台发动机每秒耗费燃料和液氧3200 lbs，产生约850,000磅(38.55吨)的动力，近地轨道有效载荷质量22.8吨。

这使得SpaceX的火箭可以实现“一箭多星”甚至“一箭百星”，也造就了入轨航天器发射数量遥遥领先。

SpaceX Starlink（星链）项目一箭多星示意图© Raise3D

下面的全球统计口径我们可以相对比较清晰地了解SpaceX的发射次数和入轨航天器数量——SpaceX承担了的美国的90%的入轨航天器的发射量。如果把SpaceX以外的全球所有其他机构（包括美国其他机构）组成公司，其发射入轨航天器的总量仅仅为SpaceX的一半。要知道，这都是在2020年美国疫情下完成的，到今年一月开始SpaceX平均每10天就进行一次发射，而这种效率的基础，就是SpaceX 火箭的模块化组装和回收能力。

© Raise3D

 回收、翻修、迭代-挑战人类工程技术的极限

SpaceX火箭一级回收技术是它被人熟知的开始，自2015年首次成功以来，媒体和大众早就习以为常。2017年更是实现了14次尝试，全部成功，其中4次实现了发射“二手火箭”2018年4月首次试射成功的猎鹰重型火箭，左右两个“捆绑”的助推器其实就是之前成功回收的火箭一级助推器，中间的为崭新的火箭一级助推器。一个新的猎鹰9号火箭相当于一枚崭新的猎鹰9号火箭和两枚被回收的火箭一级助推器组合而来。

降落中的重型猎鹰火箭© Raise3D

一枚崭新的猎鹰9号（Falcon 9）火箭报价在5500-6200万美元之间，远低于同类的宇宙神5（Atlas-5）和德尔塔4（Delta-4）1-4亿美元不等的报价。得益于可回收火箭这项独门绝技，经过维修后的“二手火箭”再次登场时，相比新火箭，报价将打七折左右，但运力没有区别。这使得它的竞争力进一步上升。

同时通过回收火箭，工程师可以更加了解火箭的配重、燃料并且进行结构优化，同样以猎鹰9火箭为例，从v1.1到FT的版本提升中，F9 FT比F9 v1.1仅仅增重不到10%，9个Merlin 1-D的推进能力被从588吨提到了761吨，提高了30%，低地球轨道运载能力增加了9吨， 近之前版本荷载的70%。

 Raise3D如何助力SpaceX火箭翻修

作为SpaceX的重要供应商之一，Elite Aerospace负责承担于SpaceX部分航天部件的翻修工作。如何满足SpaceX回收后快速重复发射的商业模式，以及应付马斯克本人的隔三差五邮件要求的“速度越快越好”成为了Elite Aerospace公司工作的重中之重。

图中的猎鹰一级助推器已经是第六次使用© Raise3D

在翻新使用的猎鹰火箭时候，首先要确定哪些零件需要更换或者维修，然后确定好维修的加工工艺，接着是针对加工工艺开发定制夹具。

Elite Aerospace公司机加中心© Raise3D

由于每次发射的火箭都有迭代，且实际损耗的部位不同，无法提前预知。因此如何快速地定制开发出夹具成为了Elite Aerospace在承接SpaceX的猎鹰火箭翻修任务中最大的挑战之一。就在不知道如何应对马斯克的下一封邮件的时候，SpaceX的研发人员在和Elite Aerospace的交流过程中，向他们推荐可以尝试使用中国3D打印企业上海复志-Raise3D 的3D打印机来制作夹具。

NASA很早就使用Raise3D的打印机进行创新开发

来源：NASA空间技术转化项目报告Bring NASA Technology Down to Earth© Raise3D

这一想法被很快验证可行，大尺寸、打印精度、打印效率、可兼容的耗材、可控设备成本——Elite Aerospace公司在使用过Raise3D打印机之后，立刻和其他航空航天企业一样成为了Raise3D的忠实拥趸。并在之后采购了多款机型。通过使用这一技术除了解决了SpaceX的交付时间要求，同时也为整个项目节省了数百万美元的经费。

航空航天工程是人类工程科技的集大成者，每一个部件的生产和装配的设计都需要专业的分工和加工链支持。如今，3D打印已经是如此复杂工程网络中不可或缺的一员。Raise3D帮助NASA、SpaceX的研发和工程人员压缩时间（TIME COMPERSSION），为人类可见未来的火星移民增添一份绵薄之力。

l 文章来源：上海复志-Raise3D

白皮书下载，加入3D科学谷QQ群：106477771
网站投稿请发送至2509957133@qq.com
欢迎转载，转载请注明来源3D科学谷，并链接到3D科学谷网站原文。

细心的你可能已经发现，在这次太空飞行任务中，两名宇航员所穿着宇航服套装比我们以往印象中那些厚重的宇航服看起来更加轻便、利落。其中，宇航员佩戴的头盔，是这次发射任务中除了猎鹰9号火箭和龙飞船2号以外又一应用3D打印技术的装置。两名宇航员所佩戴的白色头盔几乎全部是3D打印技术制造的。

 身穿SpaceX宇航服的宇航员鲍勃·本肯 (左)与道格·赫尔利。来源： SpaceX

 定制、功能集成，简约

在这次飞行任务中使用的SpaceX的宇航服套装采用了一体式的白色设计。SpaceX创始人埃隆·马斯克曾透露，宇航员可以穿着这款宇航服“真空室”中蹦蹦跳跳。

宇航员赫尔利曾在5月1日的飞行前新闻发布会上表示，宇航服在飞行前经过了严格检查，例如是否漏水，检查其通讯系统。这套宇航服，包括头盔在内，已在2018年猎鹰重型火箭发射以及2019年龙飞船实验-1号试飞中，进行了太空飞行实验。

SpaceX 对宇航服的设计特征进行保密，但是该公司强调，宇航服套装与宇航员用来监视龙飞船系统并导航到国际空间站的大型计算机面板是共生的。据美国宇航局（NASA），每套宇航服都是为宇航员量身定制的，旨在实现功能性、轻便性，并提供保护以防可能的降压。

 宇航员的3D打印头盔。来源：Mashable

NASA 表示，宇航服套装中的头盔是使用3D打印技术定制制造的，头盔内部集成了一系列功能，包括内置风冷，用于收缩和锁定遮阳板的机制，以及麦克风等。

 3D科学谷Review

SpaceX 与NASA 并未透露有关3D打印头盔的设计与制造技术。但根据3D科学谷的市场观察，在专业体育运动领域，防护头盔的增材制造应用已在商业化的路上。3D科学谷将在头盔制造中应用到的典型3D打印技术、材料及设计做了盘点，透过这些技术，我们仍可以感受到3D打印技术为防护头盔制造所带来的创新性。

l  “扰乱”当前泡沫行业

惠普MJF 3D打印技术

自行车头盔的设计方式在20多年里并没有太大变化，它们由硬塑料外壳和聚苯乙烯泡沫内衬组成，为佩戴者提供基本保护功能。但是3D打印技术为自行车头盔等运动安全防护产品创造了重塑的机会。自行车头盔品牌Kupol 利用3D打印技术为设计带来的自由度，对头盔设计进行了革新，使头盔具有了更好的安全性、透气性和舒适度。

与传统的硬塑料外壳和聚苯乙烯泡沫内衬头盔不同的是，Kupol 头盔的核心技术是“Kollide 安全系统(Kollide Safety System)”，该系统分为三层，在设计上与传统聚苯乙烯泡沫内衬头盔相比极具颠覆性，其中间层为3D KORE 系统,该结构在受到撞击时坍塌，从而吸收撞击力，起到安全保护的作用。

Kupol 起初通过PA12材料和惠普的MJF 3D打印设备来制造这个结构，3D打印组件中具有上百个微孔，形成了透气网络，这使头盔具有良好的透气性。

采用巴斯夫新型TPU 材料打印的Kupol头盔内部结构。来源：惠普

巴斯夫公司开发了新型热塑性聚氨酯(TPU) ULTRASINT™。Kupol已经使用了新的TPU材料，该材料的柔性和弹性特点适合为自行车手和其他体育专业人员制造安全、舒适的头盔。

Carbon 数字光合成3D打印技术

提供数字光合成（DLS）3D打印技术的企业Carbon，正在通过3D打印点阵结构设计以及多种弹性体材料，“扰乱”当前的泡沫塑料行业。Carbon认为其3D打印材料可以部分取代现有的泡沫塑料市场，包括跑鞋的缓冲底以及头盔的缓冲材料，这一技术已在阿迪达斯运动鞋中底生产中得到应用，曲棍球设备制造商CCM Hockey 也将应用该技术开发运动员防护产品。

CCM 正在通过3D打印技术开发下一代运动员防护产品。来源：Carbon

虽然当前的泡沫塑料仍然发挥着舒适性、安全性的作用，但Carbon相信其定制化的3D打印结构将以其独特的优势取代部分的泡沫塑料市场。为此，Carbon可以说是软硬结合，除了所擅长的材料组合，使用Carbon的软件，用户可以简单地输入零件的设计约束（例如重量和尺寸）及其所需的机械性能，即可获得满足其特定需求的点阵结构材料。

可控的机械性能实现能力可能会对目前依靠泡沫材料提供舒适感的应用（例如软垫椅子或头枕）以及安全方面的应用（例如头盔）或者运动领域的应用（例如运动器材或运动鞋）等带来商业机会。这是在冲击泡沫塑料行业方面，Carbon认为凡事皆有可能的依据。

增材制造设计与3D打印、材料有机融合

EOS 推出了 Digital Foam™计划，降低了将 3D 打印弹性泡沫推向市场的难度，且实现了将CAD、材料、零部件验证和增材制造（3D 打印）等诸多环节的有机融合。

用EOS PA 1101材料定制的自行车头盔。来源：HEXR

3D打印弹性泡沫使用TPU或PEBA等柔韧性极高的聚合物材料，可以对每个体素（体积像素）进行深度微调，从而获得绝佳的舒适性、安全性和功能性。根据EOS，Digital Foam可解决客户可能遇到的诸多变化因素或问题，并将客户的创意快速转化为实际产品。它赋予客户一条捷径，可快速3D打印生产保护性头盔、个性化矫形器、高性能鞋具以及其他各类应用产品。

Digital Foam™计划中的3D打印弹性泡沫结构设计，源于nTopology公司的技术。在3D打印头盔、鞋垫、中底等缓震组件中常用的增材制造点阵结构，具有轻质、吸能等性能，然而这类点阵结构的复杂性已经超过了传统CAD软件的原有设计功能。对设计进行修改的时候，例如仅在节点，横梁和连接体之间应用圆角或倒圆角所涉及的工作量在使用传统软件工具的时候往往变得“浩瀚无边”。这种低附加值的工作会延缓工程流程，抑制真正的创新，并扼杀3D打印应用企业保持竞争优势的能力。

采用nTop 平台设计的创新自行车头盔。来源：nTopology

nTopology公司的nTop平台提供了自动化的设计解决方案，如自动圆角化的解决方案，通过启用nTop平台的高级计算方法，可以通过输入圆角值（包括较大的圆角值），消除了设计师对模型故障的担心。由其在高级数学方面的基础，在处理复杂的建模情况下，nTop平台在数据传输或迭代过程中不容易出现错误或模型破坏。满足了产品设计人员的迫切需求，需要快速，创新的设计迭代和优化，以及将设计数据准确地传输到用于制造此类产品的3D打印设备上。

白皮书下载，加入3D科学谷产业链QQ群：529965687
网站投稿请发送至2509957133@qq.com
欢迎转载，长期转载授权请留言

velo Assure保证批量产的零件的一致性。来源：velo

 新的上行通道，随火箭订单崛起

在过去的十五个月中，Velo3D的预订额为2900万美元，收入为1500万美元。Velo3D成功地获得了制造业中技术要求最高的合同之一，即向世界上最成功的私人火箭公司之一的SpaceX公司提供3D打印机。

spaceX

质量控制和保证功能是两项功能，对Velo3D获得最大客户SpaceX至关重要。

根据Velo3D的创始人兼CEO Benny Buller，Velo3D的3D打印机对提高工业规模的生产非常简单。用户可以选择购买定制的3D打印机并获得设计软件的许可，也可以通过一项捆绑服务为打印机和软件付费。

新资金将用于扩大Velo3D的产品组合，以包括更多合金，增强的硬件和软件功能以及机器选配件。有了新的现金，Velo3D预计将在2022年中期实现持续盈利。

根据3D科学谷的市场观察，Velo3D拥有一个非常易于使用的设计软件工具，并且拥有非常深入的质量控制和保证组件。质量控制和保证功能这两项关键功能，对Velo3D获得最大客户SpaceX至关重要。

根据Benny Buller，SpaceX已经开始将Velo3D用于特定组件生产，在使用现有技术制造时，Velo3D遇到了很大的问题，虽然SpaceX一直在使用3D打印技术来生产发动机，但当他们设计下一代发动机时，有些零件他们无法生产，随着时间的推移，越来越多的零件转移到Velo3D的系统中来生产。

 3D科学谷Review

根据3D科学谷的市场观察，目前3D打印领域的老牌企业具有超过30年的历史，而成立于2014年的Velo3D是如何异军突起的？这就需要我们了解金属增材制造在生产中可行性的要求是什么？概括来说，3D打印进入到规模生产领域必须满足以下条件：

- 必须是可预测的：您无法花费数小时或数天的时间来通过反复试验为了制作第一个合格的零部件。

- 必须更快：优先考虑减少构建时间，这就是多激光3D打印设备越来越多地用于生产的原因。

- 必须准确：在更高的速度和更复杂的零件上，需要更好的过程控制来始终如一地生产高质量的零件，同时减少后处理或返工。

- 必须稳定：在生产环境中，激光器几乎一直处于开启状态，以提供必要的通量，这些激光器需要可靠且易于维修。 3D科学谷创始人Kitty Wang与Velo 3D创始人Benny Muller沟通智能熔化金属打印。来源：www.ganjiayu.com

根据3D科学谷的市场观察，面向生产的需求，Velo3D开发了新的智能熔化粉末床金属增材制造系统。该系统从的设计目的是为了用于生产工作，从零件加工过程模拟开始，到生成加工策略，然后，通过各种过程控制，以确保在多个零件加工中保持质量的稳定性和一致性。

确保提供机器运转正常，零件完整性和构建过程的可追溯性，Velo3D开发的Assure质量控制系统面临生产领域对于效率、质量一致性以及加工稳定性的需求，确保提供批量生产所需的零件质量。它可以检测过程异常，对其进行标记，并显示所需的纠正措施，从而避免重复出现错误。

通过基于多传感器的实时监测以及机器算法，3D科学谷了解到Assure可提供前所未有的零件质量可追溯性，并在异常发生时立即对其进行标记。这样可以减少差异，并提供全面的文档来快速跟踪3D打印零件的验证。

通过Assure系统监视3D打印构建过程的完整性，验证散装物料密度，观察正在进行的打印过程并验证跨多个生产运行的系统校准，Assure提供了产业化的基础。

VELO 3D的Assure™质量保证和控制系统具有直观的图表，使用户能够查看和解释在构建过程中收集的大量数据。根据VELO 3D，这些信息可帮助工程师验证构建过程中每个步骤的质量，并使其在出现问题时能够快速做出决策。确保可以帮助减少生产差异，提高产量并规避异常情况，以确保一致的增材制造结果。

而VELO 3D所获得的目前最大客户SpaceX再一次为Velo3D的成长打开了上行空间。关于3D打印对火箭制造行业的革新作用， SpaceX首席设计师兼首席执行官马斯克有着精辟的观点：通过3D打印，可以以传统制造方法的一小部分成本和时间就能制造出坚固且高性能的发动机零件。 通过3D打印来创建高性能的火箭零件，SpaceX正在推动增材制造的极限，以期使Falcon 9火箭、Dragon飞船以及Starship火箭比以往任何时候都更加可靠，强大和高效。

SpaceX一直致力于将人类带入火星，并专注于制造可重复使用的发射系统，SpaceX的Raptor发动机设计可重复使用1000次。根据SpaceX的说法，制造过程包括许多3D打印零件，从而可以降低成本并使更轻的零件生产成为可能。3D打印的组件包括推进剂阀体，涡轮泵零件和喷射器系统的零件。

3D打印可以大大降低生产成本，并提高发动机的推力重量比，因为它可以生产传统方法无法实现的更轻的零件。

3D打印引擎组件的另一个额外优势是可以提高设计更改的速度，与几周甚至几个月的时间相比，它使研发团队迅速的完成多次设计迭代过程，从而获得设计与制造两个层面的突破。

3D打印技术已然成为火箭制造的“顶梁柱”，有关应用以及国际航天业在低成本、可回收火箭方面掀起的3D打印技术竞争，请参阅3D科学谷发布的《3D打印与航天制造业白皮》

白皮书下载，加入3D科学谷产业链QQ群：529965687
网站投稿请发送至2509957133@qq.com
欢迎转载，长期转载授权请留言

火箭空中解体是为计划试飞的一部分，旨在验证SpaceX应对火箭灾难性事故的能力。这项测试名为飞行中止测试，是SpaceX满足NASA商业载人项目的最后重要里程碑之一。而3D打印在关键技术层面上成为坚固且高性能的发动机零件的有力保障。

来源：SpaceX

 成功可预测

NASA的项目旨在开发新型美国制造的航天器，重新将NASA宇航员送入太空。过去六年来，SpaceX一直在为该项目开发一艘名为“载人版龙飞船（Dragon2）”的航天器，该航天器由猎鹰9号发射，可以将NASA宇航员送往国际空间站，或接回地球。作为开发过程的一部分，SpaceX必须进行多次试验，以证明其航天器不仅安全，也有能力完成飞行任务。

而事实证明，SpaceX不辱使命，成功完成了飞行中止测试。而在这可预测的成功背后，3D打印技术扮演了关键的角色。

来源：SpaceX

正如3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中谈到的，3D打印技术已成为航天制造机构抢滩下一代经济性、可重复利用火箭发动机的重要“筹码”。国际上这些商业化航天企业在高性能火箭发动机部件制造中大胆尝试着3D打印技术。关于3D打印对火箭制造行业的革新作用， SpaceX首席设计师兼首席执行官马斯克有着精辟的观点：通过3D打印，可以以传统制造方法的一小部分成本和时间就能制造出坚固且高性能的发动机零件。

视频：马斯克讲解3D打印对航天制造的颠覆性

通过3D打印来创建高性能的火箭零件，SpaceX正在推动增材制造的极限，以期使Falcon 9火箭、Dragon飞船以及星舰Starship航天器比以往任何时候都更加可靠，强大和高效。

SpaceX于2013年就成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本，而相比传统制造发动机的成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。这是一种非常复杂的发动机，其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造。EOS能够打印非常高强度的先进合金,是创造SuperDraco发动机的关键。

EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室

SuperDraco发动机为Dragon龙飞船的发射逃生系统提供了动力，并使该运载器能够以精确的精度推进降落在地球上（并可能在未来的另一个星球上降落）。通过选区激光熔化金属3D打印工艺制造，镍铬高温合金材料提供了高强度、韧性，及可靠性。

而发射所用的Falcon 9火箭具有3D打印的氧化剂阀体（MOV）主体，该阀门在低温温度和高振动条件下成功运行。与传统的铸造零件相比，3D打印用于制造火箭氧化剂阀体具有卓越的强度，延展性和抗断裂性，并且材料特性的可变性较低。与以月为单位的典型铸造周期相比，MOV阀体的3D打印时间不到两天。此后，该阀门的广泛测试程序包括一系列严格的发动机点火，组件级资格测试和材料测试，从而使3D打印的MOV阀体可以在所有Falcon 9火箭上使用。

根据马斯克所述，登陆火星需要两大关键：“BFR超级火箭”和“BFS超级飞船”。火箭将飞船送出地球后，会像猎鹰9号火箭一样返回地球，留飞船在外太空等待。

援引“量子位”的报道，1分钟24秒左右，火箭速度超过1600公里/小时，引擎熄火，太空舱上的八个推进器同时点火，并达到最大推力，太空舱弹射而出。

而猎鹰9号，在向下坠落的过程中，完成了历史使命——按计划爆炸。

2分25秒后，太空舱与推进器分离，呈自由落体状向大西洋坠落。

4分45秒后，两个降落伞展开：

5分36秒，4个降落伞抛出，20秒后完全展开。

9分02秒之后，太空舱完美落到大西洋中。

根据马斯克，飞船飞向火星的过程中，会展开太阳能电池板产生200kW源源不断的电能，速度可达6.2万英里/小时，表面温度将升至1650度，随后开启反冲引擎，降落在火星表面，完成火星登陆任务。

为了把更多的人送上火星，必须得努力降低成本。除了实现火箭的重复使用，在马斯克充满野心的廉价航天版图中，载人飞船的可重复使用也是十分重要的一环。于是，马斯克又打起了逃逸塔的主意。

要知道，为了保证航天人员的人身安全，逃逸塔是标配，但就实际情况来看，其使用频率极低，不得不在每次发射中都丢掉一个逃逸塔，浪费成本。

于是，马斯克再一次选择不走寻常路，做出了一系列重大改变。要实现重复使用，SpaceX 的载人龙飞船第一步就是舍弃逃逸塔，在飞船四周配备了 8 台 SuperDraco 发动机，实现了“自带逃逸系统”，在逃逸甚至是返回落地时可以随时启动。

其中每台 SuperDraco 发动机都可产生 1 万 5 千磅的推力。8 台 SuperDraco 同时点火产生的推力可在 1.2 秒内将飞船从 0 加速至 100 英里/小时，最高速度可达到 345 英里/小时。

与此同时，载人龙飞船配备了可更换隔热罩。其他飞船在返程进入大气层时，必须借助隔热罩摩擦减速和烧蚀降温，导致飞船无法重新使用；而载人龙飞船则重新设计了飞船隔热罩，实现了模块化更换，为飞船重复使用打下基础。

此外，为了降低成本，载人龙飞船还通过材料技术上的突破，让飞船自己在大气中飞行时具备足够的保护能力，摆脱了对整流罩的依赖。

图片：特斯拉Model X成为在SpaceX任务中运输NASA宇航员的新型官方交通工具

而作为掌管SpaceX和特斯拉两家公司的马斯克，没有忘记将特斯拉与SpaceX的品牌形象作出巧妙的连接。在此次飞行中止测试的彩排环节，特斯拉Model X也取代了NASA以往的交通巴士，成为SpaceX任务中运输NASA宇航员的新型官方交通工具。

除了北京时间1月19日的逃逸试验，1月7日，马斯克创办的SpaceX用一枚第四次重复使用芯级的猎鹰9号火箭，成功将第三批星链（Starlink）计划的60颗宽带通信卫星送进了太空，加上此前两次发射的120颗星链卫星，马斯克名下的在轨卫星数量已经约有180颗，成为在太空中拥有最大星座的人。

资料来源：DeepTech深科技、量子位、新浪科技、3D科学谷等

白皮书下载，加入3D科学谷产业链QQ群：529965687
网站投稿请发送至2509957133@qq.com
欢迎转载，长期转载授权请留言

关于3D打印对火箭制造行业的革新作用， SpaceX首席设计师兼首席执行官马斯克有着精辟的观点：通过3D打印，可以以传统制造方法的一小部分成本和时间就能制造出坚固且高性能的发动机零件。

SpaceX正在推动21世纪增材制造的极限，火箭比以往任何时候都更加高效，可靠和强大。

 推动增材制造的极限，探索研发与制造的无尽可能

通过3D打印来创建高性能的火箭零件，SpaceX正在推动增材制造的极限，以期使Falcon 9火箭、Dragon飞船以及Starship火箭比以往任何时候都更加可靠，强大和高效。

SpaceX于2013年就成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本，而相比传统制造发动机的成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。这是一种非常复杂的发动机，其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造。EOS能够打印非常高强度的先进合金,是创造SuperDraco发动机的关键。

SuperDraco发动机为Dragon龙飞船的发射逃生系统提供了动力，并使该运载器能够以精确的精度推进降落在地球上（并可能在未来的另一个星球上降落）。通过选区激光熔化金属3D打印工艺制造，镍铬高温合金材料提供了高强度、韧性，及可靠性。

2014年，SpaceX推出了Falcon 9火箭，该火箭具有3D打印的氧化剂阀体（MOV）主体，该阀门在低温温度和高振动条件下成功运行。与传统的铸造零件相比，3D打印用于制造火箭氧化剂阀体具有卓越的强度，延展性和抗断裂性，并且材料特性的可变性较低。与以月为单位的典型铸造周期相比，MOV阀体的3D打印时间不到两天。此后，该阀门的广泛测试程序包括一系列严格的发动机点火，组件级资格测试和材料测试，从而使3D打印的MOV阀体可以在以后的所有Falcon 9火箭上使用。

就在2019年近日，马斯克宣布将推出史上最强星际火箭Starship火箭，作为SpaceX的最新产品，高118米（约40层楼），宽约9米。Starship是史上最强大的火箭，不仅能够往火星、月球运送多达100吨的有效载荷，也能够载客100多人——且可以进行长期的星际旅行。加上名为“Super Heavy”的助推器，Starship将会直接取代当前的猎鹰9号和猎鹰重型火箭，以及用于货运和载人的龙飞船。Starship总长度118米，第一级长度为68米，直径9米，可装载燃料重量3300吨，燃料和氧化剂分别为液态甲烷和液氧。第一级火箭总共有37个“猛禽”引擎。每个猛禽推进器可以提供200吨的推力，因此发射时的总推力将达到惊人的7300吨。

SpaceX一直致力于将人类带入火星，并专注于制造可重复使用的发射系统，SpaceX的Raptor发动机设计可重复使用1000次。根据SpaceX的说法，制造过程包括许多3D打印零件，从而可以降低成本并使更轻的零件生产成为可能。3D打印的组件包括推进剂阀体，涡轮泵零件和喷射器系统的零件。

3D打印可以大大降低生产成本，并提高发动机的推力重量比，因为它可以生产传统方法无法实现的更轻的零件。

3D打印引擎组件的另一个额外优势是可以提高设计更改的速度，与几周甚至几个月的时间相比，它使研发团队迅速的完成多次设计迭代过程，从而获得设计与制造两个层面的突破。

SpaceX的埃隆·马斯克（Elon Musk）与新的Raptor火箭发动机

多年以来，SpaceX一直在评估3D打印的好处，并完善开发飞行硬件所需的技术，在此过程中取得了一些重大成功。随着增材制造行业的发展，我们可以期望SpaceX将继续通过3D打印技术实现迄今为止所取得的令人难以置信的成果，并继续以他们对太空的远见卓识启发人类对宇宙的探索能力。信念与对新技术的开放态度，SpaceX在不断开启新的探索。

 3D科学谷Review

正如3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中谈到的，3D打印技术已成为航天制造机构抢滩下一代经济性、可重复利用火箭发动机的重要“筹码”。国际上这些商业化航天企业在高性能火箭发动机部件制造中大胆尝试着3D打印技术。

谈到民营商业航天，在国际上已不乏先行者，例如伊隆·马斯克（Elon Musk）创建的Space X, 以及亚马逊CEO杰夫贝索斯创立的Blue Origin。除此之外，还有起步较晚的Launcher、Relativity Space等初创公司。

随着世界商业航天业的发展，我国开始在政策层面与资本层面上鼓励民营商业航天的发展。2016年，国务院新闻办公室发布了《2016中国的航天》白皮书，突出强调“鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动，大力发展商业航天”。

在此背景下，我国商业航天业得到发展。北京时间2019年7月25日，北京星际荣耀空间科技有限公司（星际荣耀）公司的双曲线一号遥一运载火箭（SQX-1 Y1）在中国酒泉卫星发射中心成功发射。

根据3D科学谷的市场研究，国内星际荣耀通过3D打印技术开发的液体发动机涡轮泵部件包括涡轮盘。星际荣耀研发了一种叶片与转盘一体成型的增材制造涡轮盘，至少两级叶片成型在转盘外周上。在此应用中使用的增材制造-3D打印技术为选区激光熔化，打印材料为Inconel718高温合金。选区激光熔化（SLM）3D打印技术的应用能够解决电火花等加工工艺在两级叶片的间距过小或同级叶片间的排列紧密时，受操作空间以及加工精度等影响而导致的涡轮盘难以加工的问题。

根据3D科学谷的市场研究，在液体姿轨控制动力系统研发中，星际荣耀也进行了3D打印探索，并研发了一种可将液体姿轨控制动力系统配套组件集成装配在一起的3D打印总装结构。这一安装结构件的显著特点在于功能集成，其中的管接头、机体中的若干条流道等为一体化设计，可通过选区激光熔化或电子束熔化（EBM）技术制造，制造材料为镁铝硅合金或钛合金。这种功能集成的结构能够减少总装结构的零部件数量，降低组装难度，减少制造成本。

3D打印技术已然成为火箭制造的“顶梁柱”，有关应用以及国际航天业在低成本、可回收火箭方面掀起的3D打印技术竞争，请参阅3D科学谷发布的《3D打印与航天制造业白皮书》

——

更多最新3D打印行业发展态势，敬请参加TCT深圳展（2019年10月15-17）期间的论坛，详细倾听3D打印领域的分析专家Chris Connery （CONTEXT公司全球副总裁），Filip Geerts(欧洲机床工业及相关制造技术协会总干事), 王晓燕 （3D科学谷创始人）共同为您带来的全方位的剖析与灼见。

报名论坛并缴费，请即刻扫描图片上方二维码

TCT 深圳展会期间的TCT论坛-行业透视Section

《3D打印与工业制造》登陆京东网上书店，点击微课视频收看超过14万人观看的3D科学谷创始人微课。

资料下载，请加入3D科学谷3D产业链QQ群：529965687
更多信息或查找往期文章，请登陆www.ganjiayu.com
在首页搜索关键词 网站投稿请发送至2509957133@qq.com

值得重视的是，伊隆·马斯克（Elon Musk）的Spacex正在扰乱全球太空行业。包括中国和印度在内的所有发射提供商都不得不重新考虑降低成本的方法。将卫星、货物和人类放入太空的太空发射公司正试图将价格降低50％以上。这其中3D打印在低成本可回收的卫星制造方面发挥了关键作用。

“猎鹰重型”火箭配有27个梅林发动机，其运载能力惊人，超过目前国际上所有现役的火箭水平，是人类目前最强大的太空运载火箭。

公开资料显示，猎鹰重型火箭向国际空间站、神舟飞船等飞行器所在的近地轨道的发射能力飙升到了63.8吨，约是猎鹰9号火箭全推力版的3倍、航天飞机的2倍。同时，其向通信卫星使用的地球同步转移轨道发射载荷的能力提高到26.7吨，向火星发射载荷的能力为16.8吨，向太阳系边缘的冥王星发射载荷的能力也有3.5吨。

猎鹰重型火箭是从猎鹰9号的基础上改造而来的，高229.6英尺（69.2米），其运载能力达对手联合发射联盟公司Delta IV重型火箭的两倍之多，推力相当于18架波音747飞机。另外重要的一点是，这还是可回收使用的“超重型”运载火箭。

作为三个猎鹰9号并联的重型猎鹰也将和猎鹰9一样进行重复利用，然而就猎鹰9的情况来看重复利用导致其22顿的运力只能发射13t的货物（因为在回收时需要保留燃料，极大的影响了运力发挥）。2017年3月30号，一枚复用的猎鹰9号将SES10通讯卫星送入地球转移轨道，并再次成功回收。SpaceX的CTO表示这次复用使成本降低了一半多。

与传统铸造件相比，SpaceX的3D打印阀体具有优异的强度、延展性和抗断裂性。并且与典型铸件周期以月来计算相比，3D打印阀体在两天内就完成了。

图片：SpaceX的3D打印推力室

早在2013年SpaceX就成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本，而相比传统制造发动机的成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。这是一种非常复杂的发动机，其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造。

SpaceX引爆了可重复利用、低成本的下一代火箭开发竞赛，这背后暗流涌动着3D打印技术的大量运用。NASA于2012年就启动了AMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine增材制造验证机的计划，NASA认为3D打印在制造液态氢火箭发动机方面颇具潜力。在3年内，团队通过增材制造出100多个零件,并设计了一个可以通过3D打印来完成的发动机原型。而通过3D打印，零件的数量可以减少80%，并且仅仅需要30处焊接。

而在下一代火箭开发中，NASA与SpaceX的合作关系越来越紧密。美国在火箭发射领域的突飞猛进，或许让欧洲的空间发射行业颇感压力。

就在2017年，Ariane集团还获得了欧洲航天局（ESA）的支持，总预算超8千万欧元用于Ariane新一代液氧-甲烷火箭发动机 — Prometheus。Prometheus是Ariane集团与CNES于2015年发起的一项用于继Ariane 6之后的新一代火箭发动机，该发动机的设计特点是低成本，目标是将火箭发动机的制造成本至少降低10倍，并且可重复使用。

5-7普罗米修斯发动机可以为未来阿丽亚娜火箭的第一阶段提供动力，每个发动机耗资100万欧元（合113万美元），而目前为阿丽亚娜5号第一阶段提供动力的单个Vulcain低温发动机的成本为1000万欧元。

Ariane集团计划将Prometheus先用于小型的火箭发射装置，然后进行火箭发动机回收利用的演练工作。在此基础上，将Prometheus用于A6下一代以及A6重复利用型甚至是Ariane下一代火箭发射装置。

根据计划，Prometheus将以所向披靡的成本优势成为下一代火箭发动机的典范。不过，低成本与可重复使用在技术实现方面具有一定的矛盾性，而融合这一矛盾的利器正是3D打印技术。Prometheus LOx-甲烷发动机项目还将利用前所未有的数字化水平进行发动机控制和诊断，并且将3D打印技术的应用贯穿到原型开发和最终生产中。

根据法国航天局的发射主任Jean-Marc Astorg，3D打印和其他技术的应用将火箭开发的时间缩短一半。3D科学谷了解到，3D打印技术的大量采用，简化了循环结构，低成本的机械组装要求，简化了子系统设计。

根据3D科学谷的市场观察，在可回收方面，欧洲有自己的基础，其中可借鉴的经验就是来自于太空飞机。一个典型的例子Skylon有翼飞行器就是英国喷气引擎公司与欧洲空间局（ESA）合作设计的，是对经典太空飞机梦想的回归。使用自己的动力起飞，无人驾驶的Skylon飞入轨道，完成一系列探索宇宙的任务。

而这其中3D打印发挥了重要的作用，新型“军刀”引擎的一大亮点是3D打印的喷油器，该喷油器使得引擎在不到0.01秒中就可以得到急速降温。正是喷油器的作用使得Skylon有翼飞行器达到高达五倍音速的速度，直接飞到地球的轨道。这意味着航天飞机可以像普通飞机一样起飞、飞行和着陆。

3D科学谷看到在人类探索太空的发展历程中，一边是引爆行业竞争的可回收、低成本火箭，一边是起着四两拨千斤重要性的3D打印技术。这其中的竞争规则，值得深思。

资料下载，请加入3D科学谷3D产业链QQ群：529965687
更多信息或查找往期文章，请登陆www.51shape.com,在首页搜索关键词
网站投稿请发送至editor@51shape.com

猎鹰9号火箭上含有大量的3D打印零件，包括关键的氧化剂阀体，3D打印的阀体成功操作了高压液态氧在高震动情况下的正常运行。本期，3D科学谷就SpaceX发射的猎鹰9号火箭上的3D打印技术，结合与美国宇航局NASA合作的另外几家航天泰斗马歇尔太空飞行中心，Aerojet Rocketdyne，以及Rocket Lab在3D打印火箭发动机方面的计划来透视3D打印在这一领域的前景。

SpaceX

与传统铸造件相比，3D打印阀体具有优异的强度、延展性和抗断裂性。并且与典型铸件周期以月来计算相比，3D打印阀体在两天内就完成了。

设计是个快速迭代的过程，这为SpaceX抢占时间和快速优化设计提供了极佳的便利条件。3D科学谷了解到经过后加工处理的3D打印阀体经过广泛的测试程序–包括严格的发动机点火系列、部件级资格测试和材料测试才被纳入猎鹰9号火箭的标准零件。

除了猎鹰9号火箭，SpaceX于2013年就成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本，而相比传统制造发动机的成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。这是一种非常复杂的发动机，其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造。EOS能够打印非常高强度的先进合金,是创造SuperDraco发动机的关键。

Rocket Lab

3D打印使得有争议的月球快车任务成为可能，而总部位于加利福尼亚的商业航空公司月球快车，准备在2017年发送他们的火箭到月球上实现此类计划。月球快车使用的3D打印引擎是由总部设在洛杉矶的Rocket Lab-火箭实验室提供的。

引擎的关键部件是由瑞典Arcam（Arcam已被GE收购）的设备制造出来的，3D科学谷了解到5000磅重的卢瑟福引擎的关键部件几乎全部由3D打印完成，发动机依赖于电力推进循环。推力室、阀门客体、喷嘴、涡轮泵都是通过Arcam的电子束熔化钛合金打印技术。锂聚合物电池被用来驱动无刷直流电动机，然后将液态氧和煤油送到燃烧室。

Rocket Lab相信他们可以降低发射成本，平均每发射为490万美元。这与2亿2500万美元的发射行情比起来便宜了相当大的部分，而SpaceX公司6200万元的收费，已被认为是极大的减少了航天费用。

Aerojet Rocketdyne

AR1火箭发动机的单冲量（single-element）主喷油嘴是完全使用3D打印机制造的。AR1是一款正在开发中的50万磅推力级的液氧/煤油发动机，美国希望用它来替代俄罗斯的RD-180发动机。根据2015年美国国防授权法案的要求，为了美国国家安全的考虑。到2019年之前美国制造的替代产品要完全取代俄罗斯的RD-180发动机，并可用于火箭发射。

喷射器是用选择性激光熔化（SLM）技术制造的，3D打印被证明能够以与传统制造技术相比很低的成本快速制造出复杂的发动机零部件。仅在主喷射器一项，3D打印就把零部件的交货时间减少了9个月，并降低了70%的成本。

NASA马歇尔太空飞行中心

美国航空航天局（NASA）马歇尔太空飞行中心承担了许多著名的外太空探索任务，马歇尔太空飞行中心已经参与了20多年的增材制造技术实践，该飞行中心已经安装和使用了5年多Concept Laser （Concept Laser已被GE收购）的设备。

图：开发推进装置的增材制造并行路径

NASA与2012年启动了AMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine增材制造验证机的计划，3D科学谷了解到原因是因为NASA认为3D打印在制造液态氢火箭发动机方面颇具潜力。在3年内，团队通过增材制造出100多个零件,并设计了一个可以通过3D打印来完成的发动机原型。而通过3D打印，零件的数量可以减少80%，并且仅仅需要30处焊接。

图：3D打印的发动机部件减少大量零件

在3年的探索中，总共花费了1000万美金，用到的人员数量仅相当于过去20-25%的投入。当然，NASA对增材制造的重视不仅仅来自于经费和人员的节约，增材制造使得设计迭代变得十分快速，NASA用Concurrent(同时迭代）来描述这一变化。

之前，NASA遇到过通过传统方法制造的轴与轮毂不合格的情况，如果按照传统方式来返工是不可能的，而通过3D打印在2个月内就完成了新的设计迭代。 不仅减少零件数量，加快迭代速度，3D打印还使得零件的性能提升，这使得最终的发动机产品更加紧凑和高效。

版权所有3D Science Valley,转载请链接至：www.51shape.com

网站投稿请发送至editor@51shape.com