2018年是NASA成立60周年，在2018年年末, NASA回顧了他們在太空探索方面的收獲, 包括：月球、火星探測，人類與太空空間站，超音速航空，飛行器技術，太空技術等。在這些工作中，前沿科學和新技術發揮著重要作用，其中，增材制造/3D打印技術的應用隨處可見。本期，3D科學谷將NASA 近年來部分3D打印應用和增材制造零件的研發進展進行了整理。

火箭發動機零部件

SLSRS-25發動機pogo蓄能器組件

       NASA 已經成功進行了RS-25的熱火試驗，其中包括對NASA迄今為止最大的3D打印火箭發動機組件的測試，即pogo蓄能器組件。

  在飛行過程中，火箭可能會經歷強大的上下振動，這主要是由于發動機和推進劑的進給造成的。這被稱為pogo效果。被測試的3D打印部件是pogo蓄能器，這是一種沙灘球大小的硬件，通過調節發動機中的液氧運動來起到減震器的作用，以防止可能使火箭飛行不穩定的振動。3D打印pogo蓄能器采用了集成式設計，在傳統制造方式中則需要100多個焊接，增材制造使得制造成本降低了近35％，生產時間縮短了80％以上。

      NASA和AerojetRocketdyne計劃將增材制造制造的數十個組件整合到新的RS-25發動機中。此外，幾乎所有其他主要部件，包括主燃燒室，噴嘴，管道，閥門，電氣和行走裝置，都將使用各種先進的制造工藝來提高可承受性。

新型高超音速發動機

       Aerojet Rocketdyne在過去二十年中投入了大量時間和資源開發3D打印/增材制造應用，以滿足火箭發動機和防御系統應用的嚴格要求。2018年Aerojet Rocketdyne 宣布其為NASA和美國國防高級研究計劃局（DARPA）制造的新型高超音速發動機已經成功通過測試，3D打印技術與高超音速航天發動機制造經驗的結合，為研發下一代高超音速推進系統奠定基礎。

 該發動機為“新型雙模式沖壓式噴氣發動機/超燃沖壓（DMRJ）發動機”。超燃沖壓發動機結合了燃氣渦輪發動機（形成基于渦輪的聯合循環推進-TBCC系統），能夠將飛行器從靜止狀態推進到5馬赫或更高的高超音速飛行狀態并再次返回。

兩種合金制成的3D打印火箭發動機點火器

        這款3D打印的火箭發動機點火器，標志著NASA能夠首次使用3D打印成功地將功能部件中的兩種金屬合金組合在一起。這一突破可能開啟火箭點火器更快的開發周期，并降低發動機點火器在未來的生產成本。

傳統上，關鍵的發動機部件是使用釬焊工藝制成的，釬焊是一種緩慢而昂貴的工藝，并且需要體力勞動和各種不同的步驟來配合完成。通過3D打印將兩種金屬材料打印成一個單一部件，NASA開辟了一種更高效、更經濟有效的制造火箭發動機點火器的方法。

3D打印銅合金火箭燃燒室部件

       NASA 在銅合金發動機燃燒室內襯3D打印方面取得了突破，打印材料為GRCo-84銅合金，它是在NASA在俄亥俄州的Glenn研究中心開發出來的一種銅合金，打印工藝也是選區激光熔融。

燃燒室襯里的3D打印總共為8255層，僅這一個部件打印時間為10天零18個小時。這個銅合金燃燒室零部件內外壁之間具有200多個復雜的通道，制造這些微小的、具有復雜幾何形狀的內部通道，即使對增材制造技術來說也是一大挑戰。

載人飛船&著陸器

帶有3D打印部件的獵戶座載人飛船

        Aerojet Rocketdyne 最近完成了增強型反應控制推進器系統的鑒定測試，這個推進器系統將專門用于NASA 獵戶座太空船載人模塊，其中的發動機噴嘴延伸部分是采用3D打印技術制造的。Aerojet Rocketdyne 稱這是有史以來第一次將增材制造的零件安裝在載人航天器上。

 Aerojet Rocketdyne 采用3D打印技術的原因是為推進器部件獲得更高的設計自由度，并且縮短部件的制造時間。

復雜設計的輕量化太空著陸器

      Autodesk-歐特克與NASA 合作為噴氣推進實驗室設計了太空著陸器。這個太空登陸器的設計初衷是創造最輕的結構，但它仍然必須承受被射入太空的壓力，冰凍的溫度，輻射水平是地球的1000倍，以及還需要考慮結構降落在行星（如火星）時的重力和側向力。

研究團隊在打造這款著陸器時使用了3D打印、數控加工和鑄造三種技術。在設計著陸器時，研究人員將著陸器在深太空可能遭受的溫度和壓力等數據輸入到設計軟件中，軟件根據數學算法生成了數種不同的設計結果。目前NASA與歐特克公司合作設計的這款著陸器主要是以實驗為目的。在太空旅行中，承受太空惡劣環境的最佳材料就是鈦和鋁，但是這些材料也有點重，而隨著著陸器重量的增加，發射的困難和成本也會隨之增長。因此降低重量能夠減少衛星探索任務的總成本和復雜性。

NASA將首臺集成3D打印機和回收系統的設備運送到國際空間站。這臺名為Refabricator的機器會把廢舊塑料轉變為3D打印機材料，隨后創造新的工具和材料。它將使用多次回收塑料來制造零件，該零件將在返回地球時進行質量測試。這項技術有望在未來的月球和火星探測任務中使用。

在太空中進行增材制造的技術

        NASA和Made In Space公司開展了一項Archinaut TDM 項目，該項目的目標是在2020年將Archinaut 太空制造設備投入軌道空間建設中。

       Archinaut本質上是一個具有機器人手臂的3D打印機，可以自動地組裝和打印結構件。通過測試的是用于組裝空間站或探測車的大型梁結構件和其他部件。Archinaut已經能夠制造復雜3D打印硬件和超空間結構，并在模擬環境下的外空間環境中成功通過了測試。