近日，NASA成功對一臺采用多個3D打印復雜部件的火箭發動機進行了測試，該測試采用低溫液氫和液氧燃料，產生了2萬磅的推力，這也意味著向實現全3D打印的高性能火箭發動機又邁進了一步。
增材制造（或3D打印）技術是提高航天器設計和制造能力的一項關鍵技術，將在未來太空探索中發揮更大的作用。未來的計劃包括對采用液氧和甲烷推進劑的發動機進行測試，這是用于火星登陸器的重要推進劑，因為火星上可能存在甲烷和氧氣。
NASA馬歇爾太空飛行中心項目經理伊麗莎白·羅伯遜說：“我們利用3D打印技術制造了大約75%的火箭發動機零部件，并對它們進行測試。將通過測試的3D打印渦輪泵、噴油器和閥門放在一起進行測試，可以得出，3D打印一臺可用于多用途的發動機是完全有可能的，它可以用于登陸器、空間推進系統或者上面級火箭發動機。”
在過去的三年里，馬歇爾團隊一直與各廠商合作開發包括渦輪泵、噴油器在內的3D打印零部件，并分別對它們進行了測試。這是首次將這些部件放在一起，作為一臺真正的發動機進行測試，只是沒有像常規的發動機那樣將它們封裝在一起而已。
“以工程術語來說，這就是所謂的實驗機，”測試負責人解釋說，“重要的是，這些部件與常規的發動機以相同的方式工作，需要承受火箭發動機內極端的溫度和壓力。渦輪泵的轉速可達每分鐘90000轉（rpm），而最終使推力室產生超過20000磅的推力，像這樣的發動機可以為火箭或火星探測器提供所需的推力。”
NASA共進行了七項測試，最長的一項持續了10秒。在測試過程中，3D打印的驗證機承受了飛行火箭發動機產生推力時所有的極端環境，其中燃料燃燒時溫度超過6000華氏度（3315攝氏度），主要用于提供液氫燃料的渦輪泵可承受低于400華氏度（零下240攝氏度）的溫度。這些測試使用的是航天飛船推進系統中常見的低溫液氫和液氧推進劑。雖然甲烷和氧氣被證明是更加適合用于火星探測的推進劑，但采用低溫液氫和液氧推進劑能夠產生最極端的溫度并且使零部件暴露在低溫液氫中（這可能會導致脆化），從而能夠測試3D部件的極限性能。該團隊還計劃采用甲烷以及對冷卻燃燒室、噴嘴以及渦輪泵等其他關鍵部件進行測試。
“NASA進行這些測試的主要目的是降低使用增材制造技術的成本和風險，因為這是一種相對較新的技術。”羅伯遜說，“我們通過這個項目所獲得的經驗將可以與美國公司以及我們的合作伙伴分享。”
上述這些零部件均采用選擇性激光熔融工藝制造，其中，與采用傳統的焊接和裝配工藝制造的泵相比，3D打印的渦輪泵零部件數量減少了45%，而噴油器則比傳統方法制造的減少了200多個零部件，并且其性能也是采用其他方法無法實現。對于閥門等復雜零部件，它的生產周期通常需要一年以上，而采用3D打印技術則可將其縮短至幾個月的時間。
馬歇爾的推進設計師表示，這種新的制造工藝擴大了設計空間，從而可以設計出傳統機械加工或鑄造方法無法實現的幾何形狀，例如，在這臺發動機的閥門設計中，在單個零件上采用了更加有效的結構，從而實現了性能的優化。
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