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孔隙通常被認為是LPBF金屬3D打印的缺陷，但在透氣鋼、過濾、催化等領域卻是一種有益結構。
3D打印技術參考于近日注意到，這一所謂的缺陷，竟然在旋轉爆震發動機上也實現了功能性應用！要知道，此類發動機在火箭領域可是屬于?前沿顛覆性的技術?。
航空航天企業Astrobotic與金屬3D打印材料開發商Elementum 3D合作，開發出一種名為PermiAM的新型金屬3D打印工藝，所使用的材料為鋁合金和銅合金。
它基于傳統的LPBF工藝，能夠在一個制造過程中，既能保持材料整體致密度，又能在指定位置原位獲得開孔孔隙結構，而且這些孔隙的大小、形狀、連通性均能按照工程需求進行精細調節。
雙方表示，這項技術對于超音速應用和火箭發動機噴注器制造尤為關鍵。他們指出，在生產過程中控制部件的孔隙率，使工程師能夠構建針對極端應用優化性能的定制化流體控制系統，同時簡化設計步驟并降低成本。
日前，基于PermiAM技術的3D打印燃料噴注器已成功通過熱火測試，充分驗證了該技術的可行性。
開發團隊的目標是制造具有“面冷卻”能力的復雜結構火箭發動機噴注器。他們測試了三種材料（兩種鋁合金和純銅），進行了多種樣品驗證和22次發動機測試。
樣品測試包含不同參數打印的立方體和30個測試圓片。其中，立方體由A1000-RAM10鋁合金3D打印，用于測試孔隙生成情況；30個測試圓盤用于評估氣流。
研究人員使用三種不同掃描參數制造了三種具有不同內部結構的立方體樣品，分別為：相對密度為74.7%，開孔率為13.2%；相對密度為88.3%，開孔率為5.4%，零件內部含狹窄的通道；相對密度為76.5%，開孔率為17.2%，零件內部包含更為曲折的通道。
這意味著研究人員成功實現了對內部孔隙的精準調控，既能夠打印出高強度、小流量、筆直通道的結構（中），也能打印出高孔隙率、大流量、迷宮式曲折通道的結構（右）。
工程師因此能夠根據火箭發動機不同部位的需求，設計和制造出具有不同功能需求的結構，。
此外，研究人員還特別指出，在高孔隙率結構樣品外圍的支撐環能夠可靠穩定的實現高致密度成型，這對于噴注器面板至關重要，它除了能用于制造火箭發動機結構，還能為噴氣發動機渦輪葉片和流體過濾組件等部件帶來益處。
熱試車實驗表明，噴注器正常工作時端面的溫度不超過50℃，而且經常低于10℃，這驗證了“面冷卻”的效果非常有效；此外，噴注器能承受超過5.52MPa的腔室壓力，表明其即便存在大量孔隙，仍能保持整體強度。
基于以上兩點表現，開發人員認為PermiAM技術完全能夠滿足NASA或其他商業航天項目的要求。
而最新的測試是，Astrobotic于近日對兩臺旋轉爆震發動機原型機進行了八次測試，總時長470秒，其中包括一次長達300秒的連續燃燒。發動機的關鍵部件就使用了PermiAM技術。
報道指出，工程師在單個組件中結合了高密度區域來增強強度，在需要冷卻和流體流動的區域設計了高孔隙率。
對火箭發動機而言，熱量和流體流動難以控制，傳統制造工藝通常需要多個零件、復雜的內部通道和組裝步驟。而3D打印技術可以將這些特性直接集成到單個部件中。在此，控制金屬內部的孔隙率有助于散熱、提高穩定性并提升效率，這三點正是先進火箭發動機面臨的最大挑戰。
測試發現，每臺發動機均產生了超過1.8噸的推力，且運行穩定，試車結束后發動機無明顯損壞，后續將重點改進冷卻、節流能力并減輕重量。
3D打印技術參考查詢到， Elementum 3D開發了能夠用于發動機的鋁合金，并與Nasa在2023年就合作就開展了熱火測試。
在應用方面， Astrobotic的 旋轉爆震發動機瞄準 月球著陸器、空間飛行器等太空運輸服務。
從毅速科技將3D打印孔隙在注塑領域發揮作用，再到 Astrobotic將3D打印孔隙用于航天發動機部件制造，就可以看出這一常規被認為是缺陷的特征只要用的好，就能化劣勢為優勢！
注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。
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