作为第四次工业革命反应性增材制造（RAMFIRE）项目的一部分，美国宇航局最近建造并测试了一种3D打印铝制火箭发动机喷嘴，由于该技术，该喷嘴比传统喷嘴轻，并为可以携带更高有效载荷的深空飞行设定了路线。
根据该机构的合作机会公告，来自阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的工程师与科罗拉多州伊利的Elementum 3D合作，创造了一种可焊接的铝，其耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，并且允许高强度，轻质部件。
然而，由于其对极端热量的耐受性低，并且在焊接过程中容易开裂，铝通常不用于增材制造火箭发动机零件 - 直到现在。
RAMFIRE项目由美国宇航局空间技术任务理事会（STMD）资助，重点是推进轻质增材制造的铝制火箭喷嘴。喷嘴设计有小的内部通道，可保持喷嘴足够凉爽以防止熔化。
使用传统的制造方法，一个喷嘴可能需要多达一千个单独连接的零件。RAMFIRE喷嘴是一体式的，需要的粘合更少，制造时间也大大缩短。
NASA和Elementum 3D首先开发了新型铝变体，称为A6061-RAM2，用于构建喷嘴并修改使用激光粉末定向能量沉积（LP-DED）技术的粉末。另一个商业合作伙伴RPM Innovations（RPMI）位于南达科他州拉皮德城，使用新发明的铝和专用粉末使用其LP-DED工艺制造RAMFIRE喷嘴。
“与专业制造供应商的行业合作伙伴关系有助于推进供应基础，并有助于使增材制造更容易被NASA任务和更广泛的商业和航空航天工业所接受，”NASA马歇尔RAMFIRE首席研究员Paul Gradl说。“我们减少了制造过程中涉及的步骤，使我们能够在几天内将大型发动机部件作为单个构建进行制造。”
美国宇航局的月球到火星目标需要能够将更多货物运送到深空目的地。这种新型合金可以通过制造能够承受高结构载荷的轻质火箭部件来发挥作用。
“质量对于NASA未来的深空任务至关重要，”STMD先进制造首席技术专家John Vickers说。“像这种成熟的增材制造以及先进材料这样的项目，将有助于发展新的推进系统，太空制造以及NASA雄心勃勃的月球，火星和更远任务所需的基础设施。
今年夏天早些时候，在马歇尔的东测试区，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次热火测试。压力室超过每平方英寸 825 磅 （psi） - 超过预期的测试压力 - 喷嘴成功累积了 22 次启动和 579 秒（近 10 分钟）的运行时间。这一事件表明喷嘴可以在最苛刻的深空环境中运行。
“这个测试系列标志着喷嘴的一个重要里程碑，”Gradl说。“在将喷嘴通过苛刻的热火测试系列之后，我们已经证明喷嘴可以承受月球着陆器规模发动机的热，结构和压力负载。
除了成功制造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺来构建其他先进的大型部件以进行演示。其中包括一个直径为36英寸的气钉喷嘴，带有复杂的整体冷却剂通道，以及一个用于低温流体应用的真空夹套罐。
据美国宇航局称，该机构和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界共享数据和流程。各种航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找可用于制造卫星和其他应用部件的方法。
