Инженеры НАСА использовали технологию селективной лазерной плавки (Selective Laser Melting или сокращенно SLM) для создания камеры сгорания ракетного двигателя. Впервые сложная деталь была изготовлена из меди, которая плохо поддается лазерной плавке. По словам экспертов космического агентства, 3D-печать поможет сэкономить деньги и время для подготовки пилотируемого полета к Марсу. 

Уникальная медная камера сгорания ракетного двигателя впервые изготовлена с помощью 3D-печати

Ракетные двигатели состоят из множества деталей, выполненных из различных материалов. Многие из деталей имеют сложную форму и должны выдерживать очень большие механические нагрузки. Из-за этого изготовление, испытание деталей и сборка ракетного двигателя  осуществляются вручную и требуют много высококвалифицированного труда и времени.

"Создание первой полномасштабной медной детали ракетного двигателя с помощью аддитивной технологии производства — это важная веха для 3D-печати в космической технике, — рассказывает помощник администратора управления космических технологий НАСА. — Технология печати поможет нам осуществить миссию к Марсу и снабжать исследователей, живущих на Красной планете".

На снимке, сделанном с помощью электронного микроскопа, видны частицы медного порошка, сплавленные лазером

Специалисты НАСА изготовили камеру сгорания ракетного двигателя, в которой происходит смешивание и сжигание топлива. Внутри камеры топливо сгорает при температуре более 2,7 тыс. градусов Цельсия. Чтобы стенки камеры не расплавились, их охлаждают жидким водородом, в итоге внутренняя часть камеры нагревается до тысяч градусов, а внешняя имеет температуру всего на 100 градусов выше абсолютного нуля. 

 

Лазерная печать позволяет создавать внутри монолитной конструкции охлаждающие каналы сложной формы

Чтобы обеспечить надежное охлаждение камеры сгорания, ее изготавливают из меди — материала с высокой теплопроводностью. В технологии SLM лазерный луч "рисует" контуры будущей детали, плавя сверхтонкий металлический порошок. До сих пор медь для этого процесса широко не использовалась, поскольку ее трудно плавить лазером.

В НАСА впервые использовали селективную лазерную плавку для создания камеры сгорания, состоящей из 8255 тыс. слоев специального медного сплава GRCo-84. На изготовление камеры потребовалось 10 дней и 18 часов. На первый взгляд для 3D-печати это много, но следует учесть, что внутри стенок камеры находятся более 200 каналов сложной формы для циркуляции жидкого водорода. При этом внутренняя стенка камеры сгорания не толще точки, оставленной остро заточенным карандашом.

Лазерная печать сделает ракетную технику более дешевой и доступной

Печать медной камеры сгорания является первой частью проекта НАСА Low Cost Upper Stage-Class Propulsion. Этот проект призван сделать ракетные двигатели более дешевыми и доступными для государственных и коммерческих пользователей.  Этим летом напечатанный ракетный двигатель испытают в Центре Маршалла в ходе ряда "горячих" тестов с реальной работой в условиях экстремальных температур и давления.