當前位置:首頁>行業(yè)資訊>NASA開發(fā)新的航天級3D打印銅合金粉末
發(fā)布日期:2019-3-25 來源:3D科學谷
NASA(美國國家航空航天局)的研究人員開發(fā)了一種新的3D打印銅合金材料,并通過該材料和選區(qū)激光熔化3D打印設備制造了一種火箭推進部件。
這一新材料是GRCop-42,它是一種高強度,高導電率的銅基合金,由NASA 馬歇爾太空飛行中心(MSFC)和俄亥俄州的美國宇航局格倫研究中心(GRC)的團隊創(chuàng)建。
高導熱性、蠕變性和高溫強度
GRCop-42 銅合金粉末可用于生產近乎完全密集的3D打印部件,如火箭燃燒室內襯和燃料噴射器面板。
GRCop-42 3D打印銅合金粉末還有一個“前身“-GRCop-84。根據3D科學谷的市場觀察,NASA 從2014年開始開發(fā)這種用于制造火箭燃燒室的GRCop-84 3D打印銅合金粉末。
繼2016年和2017年,NASA 在馬歇爾太空飛行中心對3D打印的GRCop-84組件進行熱火試驗后,該團隊開始開發(fā)GRCop-42。NASA 希望通過該材料具有與GRCop-84相似強度,但具有更高導熱率。NASA 研究人員表示,通過該材料制造的增材制造發(fā)動機燃燒室組件將“超過傳統(tǒng)方式制造的上一代產品”。
整個2018年,NASA團隊對GRCop-42 金屬粉末進行了測試,通過選區(qū)激光熔化3D打印技術證明了其可加工性。這類增材制造設備此前被用于制造GRCop-84 銅合金粉末材料。
NASA研究團隊在測試過程中使用Concept Laser M2 金屬增材制造系統(tǒng)制造了25個小組件,打印層厚為之前制造GRCop-84材料時的50%(0.045mm)。
研究人員觀察到,用GRCop-42 材料3D打印的組件冷卻得更快。NASA研究人員通過熱等靜壓機(HIP)進行后處理,從而降低金屬孔隙率,然后將組件送至格倫研究中心進行其他后處理和室溫拉伸測試。
NASA 測試結果發(fā)現(xiàn),由GRCop-42制成的3D打印金屬部件表現(xiàn)出高導熱性,優(yōu)異的蠕變(變形)性和高溫強度。
NASA團隊預計將通過構建更大的3D打印組件,來測試GRCop-42 銅合金粉末的參數集。
3D科學谷Review
銅是一種導熱性和反射性*的材料,這一屬性也使選區(qū)激光熔化技術在進行銅合金零件增材制造時充滿挑戰(zhàn)。銅金屬在激光熔化的過程吸收率低,激光難以持續(xù)熔化銅金屬粉末,從而導致成形效率低,冶金質量難以控制。
根據3D科學谷的市場觀察,多家火箭制造企業(yè)在開發(fā)銅合金3D打印工藝,并通過這一技術制造功能集成的火箭發(fā)動機部件。
Aerojet Rocketdyne在火箭銅合金推力室3D打印領域取得的突破,為制造新一代RL10發(fā)動機帶來了可能性。3D打印銅合金推力室部件將替代以前的RL10C-1推力室部件。被替代的推力室部件是由傳統(tǒng)工藝制造的,由多個不銹鋼零件焊接而成,而3D打印的銅合金推力室部件則由兩個銅合金零件構成。
相比傳統(tǒng)的制造工藝,選區(qū)激光熔化3D打印技術為推力室的設計帶來了更高的自由度,使設計師可以嘗試具有更高熱傳導能力的先進結構。而增強的熱傳導能力使得火箭發(fā)動機的設計更加緊湊和輕量化,這正是火箭發(fā)射技術所需要的。
從事小型火箭制造與發(fā)射的航天初創(chuàng)企業(yè)Launcher 也測試了銅合金火箭發(fā)動機部件。Launcher去年以來一直致力于開發(fā)概念驗證發(fā)動機E-1 ,這是一種3D打印銅合金(Cucrzr)發(fā)動機部件,集成了復雜冷卻通道,這一設計將使發(fā)動機冷卻效率得到提升。
NASA在2015年取得了銅合金部件3D打印方面獲得進展,制造技術也是選區(qū)激光熔化3D打印,打印材料為GRCo-84銅合金。NASA用這項技術制造的3D打印零件為火箭燃燒室襯里,該部件總共被分為8,255層,進行逐層打印,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(zhàn)。部件打印完成后,NASA的研究人員使用電子束自由制造設備為其涂覆一層含鎳的超合金。NASA的*終目標是要是要使火箭發(fā)動機零部件的制造速度大幅提升,同時至少降低50%的制造成本。
根據3D科學谷的市場研究,國內金屬3D打印企業(yè)鉑力特已在銅金屬激光成形領域取得了進展,研制出針對難熔金屬和高導熱、高反射金屬的3D打印工藝,實現(xiàn)了復雜流道的銅材料制造工藝,成功制備出3D打印銅合金尾噴管。
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