摘要:其目標是通過金屬3D打印製造至少火箭中95%的零部件,其中大約一半的3D打印零部件由Relativity 自主開發的大型金屬增材製造設備Stargate製造,另一半由其他品牌的選區激光熔化(SLM)設備製造,預計整個火箭的生產週期在60天內完成。Relativity 使用SLM 3D打印技術製造該火箭中較小的部件,目前Relativity 已通過這類3D打印技術製造了大約100個不同部件原型。

Relativity Space 是一家通過3D打印設備製造火箭的航天製造企業。與世界上多數應用3D打印技術的火箭製造商有所不同的是,Relativity不僅通過3D打印技術製造較小的火箭發動機零部件,還通過3D打印製造大量大型火箭部件。其目標是通過金屬3D打印製造至少火箭中95%的零部件,其中大約一半的3D打印零部件由Relativity 自主開發的大型金屬增材製造設備Stargate製造,另一半由其他品牌的選區激光熔化(SLM)設備製造,預計整個火箭的生產週期在60天內完成。

Relativity 正在通過這些3D打印技術開發一次性使用的兩級運載火箭-Terran 1。Terran 1是目前世界上唯一個幾乎全部使用3D打印技術製造的火箭。近日,Relativity 與衛星製造商mu Space建立了合作關係,雙方將使用Terran 1火箭發射衛星到低地球軌道(LEO)。

更低的總任務成本

根據Relativity,自主研發的金屬3D打印技術平臺與Terran 1獨特而靈活的架構相結合,將使得mu Space 以比世界上任何其他發射服務公司更低的總任務成本,實現更快、更可靠的衛星發射。

95%零部件由3D打印製造的Terran 1 火箭將被用於發射低軌道衛星

Relativity開發了一種將機器學習算法和機器人技術與金屬3D打印技術相結合的航空零部件製造平臺。得益於3D打印技術的使用,Relativity 將在打破現有航天器製造模式,將火箭製造週期由縮短至60天內。

95%零部件由3D打印製造的Terran 1 火箭將被用於發射低軌道衛星

圖片:Relativity 使用SLM 3D打印機來構建Terran的引擎(如圖所示),該引擎由少於100個零件和火箭的其他較小部件組成。通過其自主開發的大型金屬3D打印系統Stargate 製造油箱和其他大型部件。

衛星製造商 mu Space正在開發低地球軌道(LEO)和地球同步軌道(GEO)衛星和空間技術,這些技術將加速智能城市物聯網(IoT)設備的採用。mu Space的低地球軌道衛星將成爲Relativity的Terran 1火箭的主要專用有效載荷,衛星發射將於2022年進行。

3D科學谷Review

Relativity 致力於用3D打印技術製造大部分火箭零部件的原因很明確,即實現創新設計,使火箭更加輕量化、更低的成本,以及更高的效率。除此之外,由於大量使用3D打印技術,Relativity 所面對的裝配工作量顯著減少,供應鏈也得到簡化。根據Relativity的首席技術官Noone的說法,在火箭設計迭代的過程中3D打印技術也具有顯著優勢,它加快了將新設計轉變爲製造零件的過程。

Relativity目前正在通過3D打印技術開發一次性使用的兩級運載火箭Terran 1。在Terran 1的開發中,Relativity報告說3D打印使其能夠快速改變設計,並且比火箭開發中通常需要的工具和勞動力更少。

Relativity 使用SLM 3D打印技術製造該火箭中較小的部件,目前Relativity 已通過這類3D打印技術製造了大約100個不同部件原型。

選區激光熔化3D打印技術在航空航天工業中越來越普遍,該技術在製造功能集成、點陣輕量化結構領域具有優勢,但根據Noone的說法,受到打印設備尺寸等因素的限制,該技術不適合製造整個火箭。Relativity 決定自己開發生產火箭所需質量和複雜性要求的大型金屬3D打印設備Stargate。

95%零部件由3D打印製造的Terran 1 火箭將被用於發射低軌道衛星

圖片:Relativity 的大型金屬3D打印系統Stargate。

根據3D科學谷的市場觀察,Relativity的Stargate 3D打印設備基於定向能量沉積(DED) 工藝,採用了高功率激光和等離子弧作爲能量源,打印材料爲線材。該技術與電子束增材製造(EBAM®)類似,但是打印時不需要真空環境。

Stargate 3D打印系統中集成了帶有末端執行器的工業機器臂,配有電弧和激光沉積技術,一系列傳感器圍繞沉積系統並不斷收集數據,提供必要的實時控制,以確保以所需精度完成打印。每個打印過程都會生成大約10 TB的數據,Relativity會在構建會話之後對其進行分析,以持續改進過程控制。

除了帶有沉積頭的機器人手臂外,Stargate 系統中還裝有兩個用於原位後處理的機器臂。在火箭零部件的增材製造過程中,這些後處理機械臂將在零件上的某些位置產生精細的表面光潔度。

根據Relativity,Stargate能夠打印直徑2.74米(9英尺),高約4.57米(15英尺)的組件,可以打印所有大於0.028立方米(1立方英尺)的油箱和其他火箭組件。開發這臺設備,需應對物理,冶金,控制,機器學習,大數據和CAM等領域的挑戰。

目前Relativity 通過Stargate 3D打印系統製造航空鋁材料,同時也在探索通過該系統製造不鏽鋼和鎳合金等材料。

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