2024年4月25日，美国空军研究实验室 (AFRL) 火箭推进部门近日设计、建造了一个使用定向能量沉积 (DED) 3D 打印的单块火箭发动机推力室，并开展了高温测试实验。
这一项目的负责人、美国太空军的燃烧装置部门的哈维尔·乌尔扎伊 (Javier Urzay) 博士说道：“AFRL 对早期先进制造技术的投资使我们能够利用火箭发动机设计空间的各个角落，并加快从白板概念到现场测试和评估的设计周转周期。”
DED 是一种增材制造工艺，其原理为设备在高度受控的大气条件下将金属粉末注入高功率激光的聚焦光束中。Urzay
说道：“它为推进器硬件提供了迄今为止最大的构建箱体积，能够打印七英尺高的零件。该成型箱体积比激光粉末床熔融（LPBF）工艺等技术获得的体积大得多。此外，DED
还可以减少粉末投资并减少材料浪费。工程师还可以实时实现多合金结构的合金混合和转变，以充分利用下一代高温合金的强度、重量和性能优势。这些独特的功能使我们能够处理复杂的发动机设计，需要更少的迭代，并利用形状优化、轻质材料、先进的金属合金和复合材料以及快速制造。”
增材制造与从传统的火箭发动机硬件制造方式向由数字环境提供的自动化制造流程的转变密切相关，涉及人工智能、机器学习、数字孪生、3D 体积扫描仪和计算机辅助设计 (CAD)。数字环境的多面性对于管理打印机来说是必要的，这些打印机生产具有 3D 形状和内部特征的轻质推力室、歧管、喷射器、压力容器、阀门和涡轮机械叶片，而使用传统方法不易实现这些特征。燃烧设备分部的航空航天工程师 Edgar Felix 说：“虽然增材制造提供了许多以更低的成本加速生产的机会，但要让这项技术被火箭推进行业和政府实验室广泛采用，仍然存在一些挑战。”
AFRL 正在解决生产能够承受火箭发动机必须运行的恶劣环境的材料的独特挑战。 AFRL 专家将数十年的火箭燃烧室经验与对这些新制造技术的挑战和机遇的了解结合起来，并与多个外部组织保持密切合作，提供独特的技能。Urzay说："我们部门在火箭发动机增材制造方面取得的这一最新突破，是通过与多个工业合作伙伴和政府组织(包括AFRL材料和制造部门以及NASA马歇尔航天飞行中心)建立持久关系才取得的。他们的工作对国家极其宝贵，我们携手构建了一支不可战胜的团队。"
未来，AFRL 火箭推进部门将继续致力于增材制造新技术的研究，以提高液体火箭发动机和固体火箭发动机的容量。
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