NASA最近进行了一项非常有意义的测试，他们使用了一种新型铝合金 6061-RAM2 制成的3D打印喷管进行热火测试。这种新型喷管比传统喷管更加轻便，并且可以承受更大的温度梯度，从而为深空飞行提供了更多的有效载荷。

NASA采用了Elementum 3D公司开发的可焊接的铝合金，使用定向能量沉积铝合金材料进行制造。与其他金属相比，铝的密度较低，可用于制造高强度、轻质的部件。此次测试的方法是使用DED定向能量沉积增材制造技术，该技术允许在火箭喷管制造过程中一次性形成所有的内部冷却通道，无需进行封闭操作。

这样做的好处非常明显，不仅可以显着减少零件和焊接操作，还可以使整个推力室总成（TCA）更容易被多次利用。这是非常有意义的一步，因为在过去，铝通常不被用于火箭发动机零件的增材制造，因为铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂。

3D打印 RAMFIRE火箭发动机喷嘴

3D打印的 RAMFIRE 喷嘴具有小型内部通道，可在操作过程中保持喷嘴冷却，防止熔化。此外，这种新型RAMFIRE喷嘴采用单件3D打印，最大限度地减少了所需的粘合数量，并显着缩短了制造时间。传统制造的喷嘴可能需要多达1,000个单独连接的零件。

“我们减少了制造过程中涉及的步骤，使我们能够在几天内将大型发动机部件作为一个整体制造出来，”美国宇航局马歇尔太空飞行中心RAMFIRE首席研究员 Paul Gradl 评论道。

NASA和 Elementum 3D的新型铝制变体被称为A6061-RAM2。两家合作伙伴还开发了用于激光粉末直接能量沉积（LP-DED）工艺的专用粉末。

为了制造喷嘴，RAMFIRE 团队与定向能量沉积 (DED) 专家RPM Innovations (RPMI) 合作。RPMI 利用新开发的铝材料和专用粉末，利用其LP-DED技术3D打印 RAMFIRE 喷嘴。

Gradl 补充道：“与专业制造供应商的行业合作有助于推进供应基础，并有助于使增材制造更容易用于 NASA 任务以及更广泛的商业和航空航天业。”

由于环境的不同，材料所需的性能也会有所不同，例如，辐射、原子氧、紫外线或等离子体等因素也可能对材料的性能提出额外的要求。针对这些需求，NASA和行业合作伙伴正在不断尝试采用新型合金和LP-DED激光粉末定向能量沉积增材制造工艺，以提高火箭发动机的性能。这种工艺可以根据工艺-微观结构-特性之间的相互关联性，灵活地控制合金材料的性能，从而适应各种恶劣环境。多家航空航天公司也正在评估这种新型合金和制造方法，希望将其用于制造卫星和其他应用部件。在这样的合作中，商业利益相关者和学术界也扮演着重要的角色，共享数据和流程，推动发动机材料的不断创新和进步。只有不断地探索和研究，才能满足未来空间探索的需求。

协作努力和测试

美国宇航局在铝制喷嘴方面的成功也可以归功于其与行业中坚力量的合作。除了Elementum 3D公司在合金开发方面的贡献外，还与RPM Innovations（RPMI）公司建立了另一个关键合作伙伴关系。这家总部位于美国南达科他州的公司使用A6061-RAM2合金与专用粉末一起建造RAMFIRE喷嘴，采用其激光粉末定向能量沉积（ laser powder-directed energy deposition，LP-DED）工艺。

今年夏天早些时候，铝制喷嘴的能力在美国东部测试区进行了测试。在使用各种燃料配置的极端条件下，喷嘴经受了考验，并且展示了效率。喷嘴超出了预期的测试压力，展示了其在最恶劣的空间环境中运行的能力，巩固了其在火箭推进方面改变游戏规则的潜力。

瞄准深空任务

美国宇航局的“月球到火星”计划旨在让人类在月球上长期存在，然后再执行人类前往火星的任务。这些任务需要能够向深空目的地发送更多货物。NASA 声称，其新型铝合金可以在这些任务中发挥关键作用，能够生产能够承受重型结构载荷的轻型火箭部件。

两个RAMFIRE喷嘴已经在马歇尔东试验区进行了多次热火测试。这些测试于今年早些时候进行，包括氧气和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置。

新喷嘴累计启动22次，成功运行时间近10分钟。此处，压力室超过825磅每平方英寸 (psi)，超过预期的测试压力。据 NASA 称，此次测试表明3D打印喷嘴可以在最苛刻的深空环境中有效运行。

“这个测试系列标志着喷嘴的一个重要里程碑，”Gradl 说。“在对喷嘴进行一系列严格的热火测试后，我们证明了该喷嘴能够承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力负载。”

除了火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE铝还被用来增材制造其他先进的大型部件以用于演示目的。其中包括一个直径 36 英寸的 Aerospike 喷嘴，该喷嘴将复杂的整体冷却剂通道与真空夹套罐相结合，用于低温流体应用。

美国宇航局还指出，它正在与商业利益相关者和学术界共享该项目的数据和流程。因此，据说许多航空航天公司正在评估新型铝合金和LP-DED工艺。除其他应用外，卫星部件的生产也被认为是这种新材料的潜在用例。

美国宇航局的铝制喷嘴努力不仅是该机构创新精神的证明，也给未来太空探索设备的发展指明了新的发展方向。凭借生产能够承受高结构载荷的轻型火箭组件的能力，人类离更高效的太空任务又近了一步。

文章来源： 知兼，豁达湖泊tF8，老王978987，未知大陆