3D打印火箭发动机：推动私营企业太空竞赛的技术航天爱好者们一定不会忘记不

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航天爱好者们一定不会忘记不断爆炸的SpaceX的原型火箭，没错，太空火箭发动机的不稳定特性常常意味着，许多早期的原型机最终会坠毁在土堆里，或变成废土朋克风的遗迹装饰物。事实上，意外的爆炸在这个领域是非常常见的，以至于火箭科学家居然想出了一个委婉的说法来形容这种情况：快速计划外拆卸，简称“RUD” 。
每次火箭发动机爆炸时，都需要找到故障的来源，以便进行修复。然后，一台新的改进发动机被设计、制造、运往试验场并点火，然后循环再次开始——直到唯一发生的拆卸是缓慢的、预定的那种。在快速发展的航天工业中，以这种方式完善火箭发动机是造成发展延迟的主要原因之一。

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上图：火箭发动机在发射时爆炸的场景。
今天，使用耐热金属合金的3D打印技术，正在给反复试验的火箭研制带来革命性的变化。以前需要数百个不同部件的整个结构，现在可以在几天内打印出来。这意味着，在接下来的几年里，你会看到更多的火箭被炸成碎片（只是个玩笑），但随着私营企业太空竞赛的加剧，火箭发动机实际构成的部件将变得越来越大，越来越少。
要知道，火箭发动机每秒产生的能量相当于引爆一吨TNT ，将这些能量引导到温度远高于3000摄氏度的废气（排气）中。那些既能做到这一点，又不会以计划外的方式迅速拆卸（爆炸）的引擎，至少需要三年时间才能从头开始设计，其中大部分还需要经过重新设计、重建、重新点火和重复的循环过程。
这是因为火箭发动机非常复杂。 1969年将尼尔·阿姆斯特朗（NeilArmstrong）送上月球的土星5号（SaturnV）的F-1发动机各有5600个制造零件。其中，许多都来自不同的供应商，必须手工单独焊接或用螺栓连接在一起，这非常需要时间。

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上图：土星五号的F-1火箭发动机。
这一漫长而昂贵的过程在20世纪60年代可能还算是高效、可接受的，当时美国政府向美国国家航空航天局（NASA）注入了资金，以推动太空竞赛。但对于现在的私营公司来说，这简直是耗时太长。
添加火箭燃料
发动机快速开发的关键是减少零件数量，从而减少组装发动机所需的时间，以及供应链延迟造成的中断。其中，最简单的方法是改变制造工艺。航天公司现在正在从减材制造工艺（去除材料以塑造零件）转向（通过一点一点地添加材料来构建零件）增材制造工艺。

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其实，这就意味着3D打印。工程师们越来越倾向于采用一种称为选择性激光烧结（selectivelasersintering）的工艺，通过增材工艺来实现火箭发动机零部件的3D打印。它的工作原理是先铺上一层金属粉末，激光束在计算机控制下根据零件分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，就可以得到成型的零件。对于火箭发动机而言，会使用铬镍铁合金铜超合金粉末，因为它能承受非常高的温度。
选择性激光烧结允许在几天内在内部打印多个组件，作为一个统一的部件。当出现RUD并发现故障时，工程师可以使用3D建模软件进行修复，将高度复杂的部件集成到新的火箭发动机中，以便几天后进行测试点火。