3D打印火箭發(fā)動機的下一個十年拼什么？量產(chǎn)！

十年前，如果有人說要用3D打印制造整枚火箭發(fā)動機，很多人將會質(zhì)疑。

懷疑的理由也很現(xiàn)實，3D打印的零件強度夠嗎？可靠性有數(shù)據(jù)支撐嗎？發(fā)射時的振動和最大載荷能承受嗎？誰來為整枚火箭負責？

十年后，3D打印在航天領(lǐng)域的敘事，早已從對強度存疑，發(fā)展到能做大、能可靠量產(chǎn)的階段。

近日，3D打印技術(shù)參考注意到一組讓行業(yè)內(nèi)外都很驚訝的數(shù)據(jù)，航天企業(yè)Rocket Lab的3D打印火箭發(fā)動機發(fā)射量已經(jīng)超過了800臺，2026年底更要突破1000臺。

這一數(shù)字，結(jié)合我國商業(yè)航天快速發(fā)展的大背景，意味著3D打印或?qū)⒃诤教祛I(lǐng)域迎來一個量產(chǎn)化的新時代。

Rocket Lab 3D打印制造的發(fā)動機（左為盧瑟福發(fā)動機）

從1到1000

3D打印發(fā)動機的量產(chǎn)之路

盧瑟福發(fā)動機是Rocket Lab的起家產(chǎn)品。相信很多人都對Rocket Lab創(chuàng)始人雙手將其抱起的畫面印象深刻，這臺發(fā)動機小的有些“不起眼”。

但正是這臺“小”發(fā)動機創(chuàng)造了行業(yè)歷史。它是全球首款采用電動泵壓式循環(huán)和3D打印所有主要部件的火箭發(fā)動機。其燃燒室、噴射器、泵和主推進劑閥，均采用增材制造工藝生產(chǎn)。

3D打印技術(shù)參考查詢到，這家公司已超過800臺的發(fā)射量，始于2018年的首次軌道發(fā)射。

這是一個非常夸張的數(shù)字，意味著接下來平均每年超過100臺。這個產(chǎn)量在火箭發(fā)動機領(lǐng)域是極為罕見的。

更值得關(guān)注的是，它的產(chǎn)量在加速。筆者注意到其去年公布的數(shù)據(jù)是每年生產(chǎn)量超過200臺，這意味著后期無論在產(chǎn)量還是效率方面都得到了顯著提升，之前的發(fā)射量是不足每年100臺的。

其創(chuàng)始人彼得·貝克表示，Rocket Lab投資3D打印技術(shù)的核心戰(zhàn)略在于注重它的量產(chǎn)能力，而非單純的技術(shù)可實現(xiàn)性。

在發(fā)動機研發(fā)計劃中，企業(yè)通常急于推出可行的產(chǎn)品，隨后不得不耗費大量時間進行重新設(shè)計與迭代測試，才能達到預(yù)期性能，大規(guī)模可靠量產(chǎn)更是無從談起。

而Rocket Lab的目標是從設(shè)計之初就為量產(chǎn)鋪路。當年的金屬3D打印機最大成型尺寸也就400mm左右，它的發(fā)動機設(shè)計也只能限制在這個可打印尺寸之內(nèi)。

結(jié)果就是，單臺盧瑟福發(fā)動機的推力只有大約2噸，直徑250mm，結(jié)構(gòu)簡單，每枚火箭一級要安裝9臺才能執(zhí)行任務(wù)，這與我們?nèi)粘？吹降暮芏?5噸和120噸的發(fā)動機完全不在一個量級。其瞄準的是小型衛(wèi)星發(fā)射市場，優(yōu)勢在于靈活和快速響應(yīng)，就像是小型專車。

當發(fā)動機“足夠簡單”時，3D打印快速制造的優(yōu)勢就被充分發(fā)揮出來。Rocket Lab利用3D打印技術(shù)建立了一條高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)線，能持續(xù)大量地生產(chǎn)出質(zhì)量一致的發(fā)動機零部件或整個發(fā)動機。

這種以“小推力+多臺并聯(lián)+3D打印量產(chǎn)”的模式，讓Rocket Lab在8年左右的時間內(nèi)執(zhí)行了83次發(fā)射任務(wù)（截止到2026年3月5日），2026年的3D打印火箭發(fā)動機發(fā)射數(shù)量將超過1000臺。

Rocket Lab表示2025年發(fā)射任務(wù)100%成功

量產(chǎn)模式

復(fù)制到可重復(fù)使用大推力發(fā)動機

作為航天領(lǐng)域第一批使用3D打印技術(shù)取得成功的航天公司，Rocket Lab的新目標瞄準的是可重復(fù)使用的中子號中型運載火箭，并為其開發(fā)了新型的阿基米德發(fā)動機。

阿基米德發(fā)動機采用了3D打印的渦輪泵殼體、推力室、預(yù)燃室組件、閥體和發(fā)動機結(jié)構(gòu)部件，質(zhì)量超過90%。

中子號火箭第一級搭載9臺發(fā)動機，每臺發(fā)動機的最低重復(fù)使用目標為20次發(fā)射。在全功率運行時，每臺發(fā)動機可產(chǎn)生74噸的推力。火箭二級采用與一級相同的核心組件設(shè)計，同樣具備可重復(fù)使用能力。

3D打印技術(shù)參考了解到，這款發(fā)動機已在去年成功進行全任務(wù)過程試車，涵蓋瞬態(tài)啟動、穩(wěn)態(tài)運行和關(guān)機性能驗證。

Rocket Lab已經(jīng)將盧瑟福發(fā)動機的量產(chǎn)經(jīng)驗復(fù)制到這一新項目上。

貝克表示，“我們所有的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施都與發(fā)動機的研發(fā)同步搭建。我們組建了一支經(jīng)驗豐富的團隊、搭建了生產(chǎn)線，并完善了測試設(shè)施，為阿基米德發(fā)動機的長期量產(chǎn)提供全方位保障。”

為滿足日益增長的生產(chǎn)需求，Rocket Lab與尼康SLM Solutions公司簽署了諒解備忘錄，將引入超大型金屬增材制造平臺。這意味著它將可以制造更大尺寸的發(fā)動機部件，實現(xiàn)更多的部件集成及優(yōu)化，也將進一步提升產(chǎn)能。

該協(xié)議既體現(xiàn)了Rocket Lab在增材制造領(lǐng)域的投入規(guī)模，也反映了大型激光粉末床熔融技術(shù)在航空航天制造流程中日益重要的作用。

3D打印制造800臺甚至1000臺火箭發(fā)動機，這是該技術(shù)在航天領(lǐng)域的一個里程碑。如果十年前看到彼得·貝克那句“投資3D打印看中的是它的量產(chǎn)能力而非技術(shù)的可實現(xiàn)性”，多少都會覺得是技術(shù)幻想；但Rocket Lab確實用十年時間走通了這條路。

下一個十年正在發(fā)生的一個事實是，越來越多的金屬3D打印設(shè)備商已經(jīng)在承接民營航天火箭發(fā)動機的制造任務(wù)，而不再局限于頭部的一兩家企業(yè)。這體現(xiàn)出需求量的快速增長，高效量產(chǎn)的能力越來越重要。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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