德国亚琛的弗劳恩霍夫激光研究所（Fraunhofer ILT）在增材制造领域取得了重大技术突破，成功为Ariane Group制造了一个基于龙门系统的PBF-LB基于粉末床的金属3D打印火箭发动机歧管。这一成果不仅展示了增材制造技术在航空航天领域的巨大潜力，更凸显了该技术在复杂部件制造中的前沿性和重要性。
▲3D打印火箭零件
© Faunhofer ILT
3D科学谷洞察
火箭发动机的关键部件（如燃烧室、喷注器、涡轮泵等）通常需要复杂的内部流道、冷却通道和异形结构，传统制造需通过多零件焊接或机加工完成，而增材制造能实现一体化成型，例如：燃烧室内部的再生冷却通道可通过3D打印直接集成，避免传统工艺中的焊接缺陷，提升散热效率。3D打印还可以精细化喷注器，优化雾化效果，提高燃烧效率。通过拓扑优化设计，在保证强度的前提下减少材料冗余，降低发动机重量，提升推重比。”
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精度和效率的平衡
在218小时的连续制造过程中，弗劳恩霍夫激光研究所-Fraunhofer ILT利用其五激光PBF-LB增材制造设备，成功制造了一个尺寸为Ø720 x 100 mm³的Ni718火箭发动机歧管。该PBF-LB基于粉末床的金属3D打印设备拥有1.0 x 0.8 x 0.4 m³的构建体积，能够高效地完成大型复杂部件的生产。这一成果不仅体现了增材制造技术在精度和效率上的优势，还为航空航天领域的复杂部件制造提供了新的解决方案。
该歧管的制造是欧洲委员会资助的ENLIGHTEN项目的一部分，该项目旨在开发低成本、创新且环保的空间运输系统（STS）技术，以提升欧洲在全球航空航天市场的竞争力。ENLIGHTEN项目的成功实施，不仅将推动航空航天技术的进步，还将为相关产业带来深远的影响。
根据3D科学谷的了解，ENLIGHTEN项目致力于开发可由生物甲烷和绿色氢气驱动的经济实惠且环保的火箭发动机，这将推动欧洲航天工业向可持续和低碳方向发展ENLIGHTEN项目中，增材制造技术如激光材料沉积（LMD）和激光粉末床熔融（LPBF）技术被广泛应用于火箭发动机部件的制造。这些技术能够制造出复杂的薄壁冷却通道等传统制造方法难以实现的结构，显著提高了火箭发动机的性能和可靠性。
▲3D打印火箭零件
© Faunhofer ILT
在成功完成歧管的PBF-LB增材制造后，弗劳恩霍夫激光研究所-Fraunhofer ILT进一步利用定向能量沉积（DED）技术对喷嘴延伸部分进行了制造，展示了混合增材制造方法的强大潜力。这种混合制造方法结合了PBF-LB和DED技术的优势，能够制造出更加复杂和高性能的部件。
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弗劳恩霍夫 Fraunhofer ILT的LPBF技术与系统小组经理Niklas Prätzsch表示，这标志着ENLIGHTEN项目中高通量PBF-LB/M的成功演示，但还有更多创新突破即将到来。他强调，增材制造技术在航空航天领域的应用前景广阔，未来还将有更多的创新成果。
根据3D科学谷的市场观察，Fraunhofer ILT不仅推动了火箭制造技术的发展，还为欧洲航天工业的可持续发展和全球竞争力提供了有力支持。Fraunhofer ILT开发的激光材料沉积（LMD）技术能够制造复杂的薄壁冷却通道，这些通道在传统制造方法中难以实现，LMD技术显著提高了火箭喷嘴的制造速度和成本效益。LMD技术允许在火箭推力室喷管的制造过程中一次性形成所有内部冷却通道，无需进行封闭操作，从而减少了零件数量和焊接操作。
Fraunhofer ILT还开发了适用于LPBF的金属粉末材料，专为氢动力火箭发动机设计，这些材料有助于实现轻量化并减少排放。Fraunhofer ILT的技术进步支持了欧洲航天工业向可持续和低碳方向发展，符合欧盟的环保法规。
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