Ursa Major 與 EOS 合作推動(dòng)3D 打印銅在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的發(fā)展
Ursa Major這家位于科羅拉多州的太空技術(shù)企業(yè)正在競(jìng)相提高人類探索宇宙的能力——同時(shí)使用多個(gè)引擎。憑借其尖端的 3D 打印技術(shù)、銅合金材料以及由 250 多名航空航天和推進(jìn)專家組成的團(tuán)隊(duì)，在一個(gè)由大企業(yè)和傳統(tǒng)生產(chǎn)方法主導(dǎo)的行業(yè)中蓬勃發(fā)展。它成功的關(guān)鍵在于在美國(guó)開拓了一個(gè)專注于火箭推進(jìn)的細(xì)分市場(chǎng)。 Ursa Major 的前提是推進(jìn)力是太空之旅的支柱，從一開始就意識(shí)到提供負(fù)擔(dān)得起的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的太空競(jìng)賽環(huán)境中至關(guān)重要。它已轉(zhuǎn)向增材制造，與傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)相比，它可以縮短交貨時(shí)間并降低成本。增材制造通常具有挑戰(zhàn)性且成本高昂，可以制造復(fù)雜的形狀和幾何形狀，從而產(chǎn)生在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都可以實(shí)現(xiàn)的更新的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。
位于科羅拉多州的 Ursa Major 總部 為了優(yōu)化其用于發(fā)射和超音速應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)特部件創(chuàng)建，Ursa Major開始嘗試增材制造 (AM) 工藝。2015 年，公司創(chuàng)始人、SpaceX 和 Blue Origin 的前推進(jìn)工程師 Joe Laurienti 轉(zhuǎn)而使用 AM 技術(shù)、仿真和 3D 設(shè)計(jì)軟件，以實(shí)現(xiàn)多級(jí)內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的現(xiàn)代化。該公司成功設(shè)計(jì)并制造了兩種液氧和煤油內(nèi)燃機(jī)模型 Hadley 和 Ripley，目前正在研發(fā)第三種發(fā)動(dòng)機(jī) Arroway。通過(guò)內(nèi)部開發(fā)的材料和工藝，Ursa Major 80% 的發(fā)動(dòng)機(jī)采用增材制造。 熱衷于推進(jìn) 其成功的關(guān)鍵是與 AM 資深企業(yè) EOS 的持續(xù)合作。他們共同加快了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)并提高了性能和可靠性。但是，鑒于發(fā)動(dòng)機(jī)制造商持續(xù)存在的供應(yīng)鏈問(wèn)題，這要怎么處理呢？
利用EOS M400打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件 Ursa Major的先進(jìn)制造與材料總監(jiān) Jacob Bowles解釋說(shuō)，銅正處于改變制造空間的風(fēng)口浪尖，在 EOS 3D 打印技術(shù)的幫助下，Ursa Major交付了其首個(gè)銅基 3D 打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件。作為為軌道發(fā)射社區(qū)提供各種運(yùn)載工具的交鑰匙推進(jìn)解決方案制造商，Ursa Major正在幫助人類探索宇宙。為此，該公司內(nèi)部擁有一臺(tái) EOS 激光粉末床熔合 3D 打印機(jī) M400，專門用于制造銅合金零件。 Bowles 解釋說(shuō)，到目前為止，這是一個(gè)小而戰(zhàn)術(shù)性的行動(dòng)?！拔覀兊呐σ恢奔性跒槲覀兊你~合金發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目開發(fā)工藝和參數(shù)，包括燃燒室和缸套?！?/span>
3D打印的銅火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組件 Bowles 描述道：“它能夠更快地訪問(wèn)采購(gòu)零件的時(shí)間表，以便在展臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，從而減少了周期時(shí)間，這在開發(fā)中非常重要，并且還允許 Ursa 設(shè)計(jì)師在他們的概念設(shè)計(jì)中具有靈活性?！?“我們很高興能改善制造交貨時(shí)間的現(xiàn)狀，而添加劑特別是我們這樣做的最大機(jī)會(huì)之一。” “但顛覆行業(yè)對(duì)于像 EOS 這樣的 3D 打印老手來(lái)說(shuō)并不陌生?！盓OS 應(yīng)用技術(shù)高級(jí)副總裁 Greg Hayes說(shuō)，“對(duì)于 3D 打印，無(wú)論技術(shù)變得多么好，與傳統(tǒng)制造路徑相比，生產(chǎn)時(shí)間框架仍然令人難以置信，傳統(tǒng)制造路徑需要數(shù)月的制造時(shí)間?！?/span> “3D 打印極大地影響了行業(yè)的創(chuàng)新速度以及它們能夠以多快的速度進(jìn)一步推動(dòng)其應(yīng)用技術(shù)，”Hayes 評(píng)論道。 位于俄亥俄州揚(yáng)斯敦的Ursa Major先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室由 Bowles 監(jiān)督并于 2021 年 10 月開始運(yùn)營(yíng)，EOS 打印機(jī)按需生產(chǎn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件。去年 7 月，它交付了第一個(gè)銅基 3D 打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，將生產(chǎn)和交付周期壓縮到一個(gè)月，而使用傳統(tǒng)制造工藝所需的最短時(shí)間為六個(gè)月。
EOS M 400在俄亥俄州揚(yáng)斯敦的Ursa Major先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室 對(duì)于 Bowles 來(lái)說(shuō)，看到該實(shí)驗(yàn)室的成果及其對(duì) Hadley 開發(fā)計(jì)劃的影響，這是一種能夠發(fā)射軌道和亞軌道飛行器的 5,000 磅推力和富氧多級(jí)內(nèi)燃機(jī)。 Youngstown 3D 打印實(shí)驗(yàn)室對(duì)于快速重新設(shè)計(jì) Ursa Major 的 Ripley 從 35,000 到 50,000 磅的推力發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足市場(chǎng)需求至關(guān)重要。目前，Ursa Major受到了很大的關(guān)注。除了經(jīng)常性客戶 Phantom Space（一家開發(fā)微型衛(wèi)星、小型衛(wèi)星和推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)射服務(wù)的新太空運(yùn)輸提供商）的 200 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的巨額訂單外，它還有近十二份政府合同和大約八個(gè)其他商業(yè)客戶。
在 Phantom 總部，有越來(lái)越多的 Ursa Major Hadley 發(fā)動(dòng)機(jī)庫(kù)存，準(zhǔn)備安裝在 Phantom 的 Daytona 運(yùn)載火箭上 “從安裝機(jī)器和開發(fā)流程到影響現(xiàn)實(shí)生活中的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，這是一個(gè)引人注目的時(shí)刻，”Bowles 建議。 據(jù)這位工程師介紹，80% 的發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量是 3D 打印的，其余部分來(lái)自商用現(xiàn)成硬件。Bowles 說(shuō)，隨著公司推出新發(fā)動(dòng)機(jī)，工程師們不斷評(píng)估新技術(shù)。 “我們的重點(diǎn)是對(duì)新引擎進(jìn)行測(cè)試，”Bowles 評(píng)論道?！拔覀兠恐艽蠹s要生產(chǎn)一臺(tái) Hadley 發(fā)動(dòng)機(jī)。所以說(shuō)真的，我們正在研究的是我們的利率能力。隨著我們進(jìn)入下一代發(fā)動(dòng)機(jī)的早期開發(fā)和資格認(rèn)證 [例如最近宣布的 200,000 磅推力 Arroway 專為中型和重型發(fā)射而設(shè)計(jì)]，這些數(shù)字也會(huì)增加?！?/span>
Ursa 高級(jí)制造與材料部主要總監(jiān)雅各布·鮑爾斯 (Jacob Bowles) 在公司位于科羅拉多州的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng) 由于其成功生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部專業(yè)知識(shí)，航天公司可以轉(zhuǎn)向Ursa Major的推進(jìn)。此外，通過(guò)利用 EOS 的銅合金機(jī)器，Ursa Major 還解鎖了可以利用該技術(shù)和材料組合的其他應(yīng)用。Hayes 表示，在銅合金領(lǐng)域，許多應(yīng)用都可以從其優(yōu)勢(shì)中受益，例如半導(dǎo)體行業(yè)和電動(dòng)汽車行業(yè)的熱交換器。 “我們需要確保我們的機(jī)器可以加工這些銅，我們先進(jìn)系統(tǒng)中的激光器具有正確的功率來(lái)打印材料，并確保我們不會(huì)在將這項(xiàng)技術(shù)掌握在手中時(shí)處于限速步驟 像Ursa Major這樣的人，”海耶斯表示。“因?yàn)楫?dāng)用戶用一個(gè)、兩個(gè)、四個(gè)或更多激光打在這種材料上時(shí)，溫度會(huì)升高很多，而銅是一種軟合金，反射性很強(qiáng)，所以仍然存在很多挑戰(zhàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，我們?cè)赨rsa Major上的經(jīng)歷是一種令人興奮的方式，可以將打印機(jī)推向一個(gè)新的水平，從而進(jìn)一步推動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)?！?/span> 為了保持其系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，EOS 確保其添加劑工程師與Ursa Major火箭專家密切合作，以確保制造生態(tài)系統(tǒng)保持一致。這也意味著 EOS 必須保證其未來(lái)的技術(shù)不斷改進(jìn)，使 Ursa Major 等公司在其生產(chǎn)鏈中使用這些系統(tǒng)變得更容易、更快和更可靠。Hayes 解釋說(shuō)，考慮到Ursa Major正在為與火箭制造商的長(zhǎng)期供應(yīng)合同制造發(fā)動(dòng)機(jī)，EOS 軟件更新和反向兼容性在將新技術(shù)引入制造生態(tài)系統(tǒng)時(shí)至關(guān)重要。
2022 年，Ursa Major進(jìn)行了 29,606 秒的熱火測(cè)試 太空之旅的動(dòng)力來(lái)源 Ursa Major 的 Hadley 發(fā)動(dòng)機(jī)處于早期生產(chǎn)階段，而 50,000 磅推力的 Ripley 發(fā)動(dòng)機(jī)和 200,000 磅推力的 Arroway 發(fā)動(dòng)機(jī)處于早期開發(fā)階段。該公司已經(jīng)制造并測(cè)試了 50 多臺(tái)多級(jí)燃燒火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。迄今為止，Ursa Major 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間已累計(jì)超過(guò) 50,000 秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)首次飛行前對(duì)典型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的測(cè)試。 從早期概念到物理硬件，3D 打印加快了Ursa Major的生產(chǎn)時(shí)間。在 XN 和 Explorer 1 等知名投資者的支持下，這家初創(chuàng)公司已經(jīng)籌集了超過(guò) 1.3 億美元的投資，并且其員工隊(duì)伍擴(kuò)大到 250 多名員工。憑借其靈活的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)引領(lǐng) 3D 打印和推進(jìn)之間的結(jié)合，Ursa Major可以幫助激發(fā)人們對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的更多興趣。 更多資訊及產(chǎn)品信息請(qǐng)登錄佛山市鋮豐材料有限公司官網(wǎng)http://5idianzi.cn/ |
