增材制造:SpaceX崛起的秘诀

SpaceX被认为是21世纪创新最多的公司之一 , 随着增材制造(AM)的崛起 , SpaceX也成为最先应用这项技术和应用最多的公司 。
增材制造(AdditiveManufacturing , AM)俗称3D打印 , 融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础 , 通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料 , 按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积 , 制造出实体物品的制造技术 。 相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同 , 是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法 , 从无到有 。 这使得过去受到传统制造方式的约束 , 而无法实现的复杂结构件制造变为可能 。
近二十年来 , AM技术取得了快速的发展 , “快速原型制造(RapidPrototyping)”、“三维打印(3DPrinting)”、“实体自由制造(SolidFree-formFabrication)”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点 。
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SpaceX以往的战绩证明 , 他们可以实现令人难以置信的壮举:从成为第一家发射轨道火箭的私人公司开始 , 到第一个将大型火箭一级助推器垂直地降落在海上驳船的组织 。 而这些辉煌背后都离不开AM技术的大规模应用 , 通过这些尖端技术 , SpaceX不断颠覆人们对传统制造业的认识 。
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SpaceX是如何应用增材制造的?
SpaceX一直是垂直整合的领头羊 , 因此在生产中越来越多地使用增材制造 , 以优化工艺并生产传统方法无法制造的零件:这意味着他们从巨大厂房的一端运进原材料 , 另一端就能下线一枚完全造好的火箭 。
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反观传统火箭制造 , 其工艺流程非常复杂 , 例如 , 你要先用CAD软件设计一个部件的图纸 , 然后需要制造复杂的模具 , 在铸造厂进行试铸 , 如有必要 , 还必须对模具进行所需的一次甚至数次改动 , 最后才能真正开始生产 。
而AM则取消了这个流程 , 因为复杂金属零件的设计和制造可以在SpaceX工厂完成 , 而不必外包给其他供应商 。 这种做法降低了成本 , 保护了公司知识产权不会被外包厂商所侵犯 , 同时还能进行更严格的质量控制 , 并缩短了交货周期 。
同时 , SpaceX一直在评估3D打印的好处 , 并不断完善研发和制造火箭硬件所需的技术 。 因此 , 以创新和效率为核心的太空探索技术公司 , 如此大规模地将增材制造应用于其主打产品中一点也不让人意外 。
SpaceX使用了哪些技术?
SpaceX利用了激光直接烧结金属技术(DirectMetalLaser-Sintering , 缩写DMLS) 。 这种技术被称为3D打印技术领域王冠上的明珠 。 该技术因为直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积 , 同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠 , 以生成致密的几何形状的实体零件 。 而金属本身是致密体重熔 , 不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴 , 结构件致密度可达99%以上 , 接近锻造的材料胚体 。
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DMLS激光直接烧结金属成型技术的特点:
1.激光熔覆层与基体为冶金结合 , 结合强度不低于原基体材料的95%;
2.对基材的热影响较小 , 引起的变形也小;