直徑2.5米！GKN向空客與賽峰交貨3D打印的Ariane 6號火箭噴嘴

日前，GKN航空航天公司宣佈已經向法國的空中客車和賽峰集團提供了先進的Ariane 6號火箭噴嘴（SWAN）。

直徑為2.5米，噴嘴採用創新技術製造而成，性能更高，交貨時間更短，成本更低。通過激光焊接和激光能量沉積工藝對關鍵結構零部件進行加工，使得噴嘴的零部件數量減少了90％，從約1000個零部件減少到約100個零部件。並且降低了40%的成本，減少了30%的交貨時間。

作為歐洲航天局Ariane研究與技術協會（ARTA）計劃的一部分，該噴嘴已經在全面安裝的發動機噴嘴測試中成功試用。現在，噴嘴將在法國安裝到Vulcain 2.1發動機上並隨後在德國進行測試。Ariane 6號火箭計劃在2020年投入服務使用，這個項目是由歐洲航天局資助的，而GKN是空中客車和賽峰集團的主要合同承包商。

進入產業化，GKN航空航天公司將在瑞典Trollhättan的一個新的高度自動化的製造中心生產噴嘴，這個生產中心計劃於2018年開放。GKN航空航天事業部一共將為每個Ariane 6號火箭提供五個複雜的子系統，包括髮動機的渦輪機組件，以及氫氣和氧氣燃料系統發電裝置內的組件。

事實上，瑞典Trollhättan的GKN航空航天公司的空間業務部門自1974年成立以來一直活躍在Ariane計劃中，迄今為止已經為Ariane火箭提供了超過1,000個燃燒室和噴嘴以及超過250臺渦輪機。而這家制造廠與時俱進，現在成為歐洲渦輪機和金屬噴嘴的卓越中心，通過與學術界的合作開展產業化生產的探索，為增材製造走向產業化的初步研究和開發的每一個階段做出貢獻。

GKN Trollhätten增材製造卓越中心所擁有的電子束金屬絲融化焊接技術主要用於製造大型GKN航空發動機零部件以及航天零部件。而GKN Trollhätten中心的送粉激光粉末沉積技術主要應用於鈦合金和鎳基合金零部件的修復。

3D科學谷

空中客車和賽峰集團的結盟一大理由是為了對抗SpaceX帶來的競爭壓力。

SpaceX於2013年就成功通過EOS金屬3D打印機制造SuperDraco火箭發動機引擎室，使用了鎳鉻高溫合金材料。與傳統的發動機製造技術相比，使用增材製造不僅能夠顯著地縮短火箭發動機的交貨期和並降低製造成本，而相比傳統制造發動機的成本，而且可以實現“材料的高強度、延展性、抗斷裂性和低可變性等”優良屬性。這是一種非常複雜的發動機，其中所有的冷卻通道、噴油頭和節流系統都很難製造。EOS能夠打印非常高強度的先進合金,是創造SuperDraco發動機的關鍵。

此外，2017年1月14日SpaceX一掃去年發射塔上火箭爆炸的陰影在加州范登堡空軍基地成功發射了一枚獵鷹9號火箭。SpaceX經過後加工處理的3D打印閥體經過廣泛的測試程序–包括嚴格的發動機點火系列、部件級資格測試和材料測試才被納入獵鷹9號火箭的標準零件。

除了SpaceX，Blue Origin緊接著揭示了他們在火箭上所使用的3D打印技術。Blue Origin採用3D打印技術來打印BE-4火箭發動機的殼體、渦輪、噴嘴、轉子。BE-4是以液化天然氣為燃料的新一代火箭發動機。

Blue Origin的Ox Boost Pump增壓泵（OBP）設計利用增材製造技術製造出許多關鍵部件，從單一的3D打印鋁件，到鎳合金液壓渦輪。增材製造方法允許集成複雜的內部流道到設計中，這是難以通過傳統制造技術製造出來的。渦輪噴嘴和轉子也通過3D打印出來，僅僅需要很小的後期加工就可以滿足精度要求。

更重要的是，除了Blue Origin新的格倫New Glenn火箭發射器， BE-4火箭發動機還可以被用在火神火箭發射器上，該火箭發射器是由聯合發射聯盟（ULA）開發的。聯合發射聯盟是由洛克希德-馬丁公司和波音公司合資的，洛克希德-馬丁公司和波音公司目前正在權衡是否使用BE-4還是AR-1。

除了Blue Origin, 阿拉巴馬州Huntsville的Dynetics和加州Sacramento的Aerojet公司正在使用3D打印技術生產發動機主要部件：預燃燒器（pre-burner）。預燃燒器的主要功能是產生熱氣體以啟動火箭發動機的渦輪泵。當然，Blue Origin以及聯合發射聯盟（ULA），也投身於開發此類技術的行列。

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