NASA航空航天金属增材制造应用（上篇）火山喷发

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航空航天金属增材制造的应用
保罗·格拉德尔
美国国家航空航天局（NASA）
2022年6月23日
2022年航空航天与国防制造研发峰会
拉斯维加斯，内华达州
AM在航天推进中的应用
1、与传统的火箭发动机制造相比，金属增材制造(AM)在提前期和成本方面具有显著优势。

提前期缩短2—10倍
成本降低50%以上

2、复杂性是液体火箭发动机的固有特性， AM提供了新的设计、部件整合和性能机会。
3、使用传统技术难以加工的材料，长周期的材料或以前不可能加工的材料，现在可以使用金属增材制造。

AM火箭燃烧室实例研究


类别	传统制造	初始AM开发	AM开发的演进
设计和制造方法	多个锻件、机加工、开槽和接合操作，以完成最终的多合金腔体装配	受AM机器尺寸的限制；采用多个AM工艺的四件式装配。两件式L-PBF GRCop-84衬管和EBW- DED Inconel 625护套	三件式装配，减少了AM机器尺寸限制，实现工业化。多合金加工；单件L-PBF GRCop-42衬管和Inconel 625LP-DED护套
计划【NASA航空航天金属增材制造应用（上篇）】（缩减）	18个月	8个月（56%）	5个月（72%）
成本（缩减）	31万美元	20万美元（35%）	12.5万美元（60%）

随着使用多种材料和工艺的AM工艺技术的发展，正在发现更多的设计和方案优势。

AM在NASA太空发射系统(SLS)中的应用

2022年3月18日
成功进行全尺寸AM部件的热点火测试，并将在SLSRS-25上进行飞行
RS-25 Pogo Z-Baffle使用现有的AM设计，将复杂性从127个焊缝降低到4个焊缝
适用于各种应用的AM工艺

A)激光粉末床聚变[https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.09.051
；B)电子束粉末床聚变[来源：瑞典FreemeltAB公司提供
；C)激光粉末DED[资料来源:Formalloy
， D)激光线DED[资料来源:Ramlab and Cavitar
， E)电弧线DED[资料来源:Maupertuis and Cavitar研究所
， F)电子束DED [NASA
， G)冷喷[资料来源:LLNL
， H)添加摩擦搅拌沉积[NASA
， I)超声AM[资料来源:Fabrisonic
。
NASA液体火箭发动机AM的发展
AM工艺选择
? 应用所需的合金是什么？
? 零件的整体尺寸是多少？
? 什么是特征分辨率和内部复杂性？
? 是单合金还是多合金？
?成本、进度、风险承受能力等方案要求是什么？
? 所需的最终使用环境和性能是什么？
? 申请/流程的资格/认证途径是什么？
各种金属AM工艺的标准与比较

鸣谢:AFS-D图像鸣谢MELD TM Manufacturing ，冷喷雾图像鸣谢Spee3DEBW-DED图像鸣谢Sciaky和Lockheed Martin CorporationAW-DED图像鸣谢GefertecLW-DED图像鸣谢MeltioUAM图像鸣谢Fabrisonic和NASA喷气推进实验室， LP-DED图像鸣谢IRT Saint-Exupery和Formalloy领导的DEPOZ项目， L-PBF图像鸣谢雷尼绍plc和CellCore GmbH/Sol Solutions Group AGEB-PBF图像鸣谢Wayland和GE Additive/Arcam