被稱為激光選區(qū)熔化的3D打印工藝為金屬零部件的增材制造提供了廣泛的可能性救鲤。相比傳統(tǒng)制造方式而言，使用增材制造所生產(chǎn)的零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)將更為堅固枢竟，重量也更輕鸭荡。而增材制造進一步的優(yōu)勢是將原本多個組件集成到一個組件當中，這種功能集成和較少的后處理工作量可以在整個制造過程中節(jié)省大量的成本歉活。CellCore公司將激光選區(qū)熔化技術的優(yōu)勢巧妙的應用于航空航天工業(yè)悠怕，正如此次的火箭引擎案例，通過與SLM Solutions的密切合作莉歼，使用鎳基高溫合金進行3D打印隶谒，成功實現(xiàn)了多功能推力室的一體化成型。

由CellCore公司和SLM Solutions公司生產(chǎn)的火箭引擎由推力室火架、帶燃燒室壁的液體推進劑發(fā)動機核心部件鉴象、燃料入口和帶氧化劑入口的噴射頭組成。燃燒室里的化學反應產(chǎn)生氣體何鸡，由于熱的積聚而膨脹纺弊，然后以巨大的力量噴射出來。因此骡男，驅(qū)動火箭所需的推力是利用反沖產(chǎn)生的淆游。在燃燒過程中，燃燒室會產(chǎn)生極高的溫度隔盛，因此必須冷卻壁面以防止其燃燒犹菱。為了達到這一目的，液體燃料(如煤油或氫)通過燃燒室壁上的冷卻管道向上輸送，然后進入噴油頭已亥。在那里熊赖，燃料與氧化劑混合，并由火花塞點燃虑椎。而在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式中咱窜，冷卻管道是通過在毛坯上鉆孔，隨后再通過多個繁瑣的工作步驟進行密封得來疚傲。

使用激光選區(qū)熔化技術時寂逛，冷卻管道將直接作為設計中的一部分，并在同一生產(chǎn)過程中與整個腔體一起成型痕豺。由于火箭引擎的復雜性亏铃，使用傳統(tǒng)制造工藝不僅成本高昂工序繁瑣，整個生產(chǎn)過程至少需要半年的時間努辛。而在3D打印的火箭引擎中穴眼，CellCore展示了SLM?技術為航空航天工業(yè)提供的可能性，整個打印過程僅需要不到5個工作日的時間腿扑，同時還得到了一個經(jīng)過優(yōu)化和改進的一體化組件没赔。

一體化的火箭推進引擎，結(jié)合噴射器和推力室陆拐，將眾多的單個部件簡化為一個取铃，只有通過激光選區(qū)熔化工藝才能實現(xiàn)多功能集成的輕量化結(jié)構(gòu)。CellCore公司所開發(fā)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遍布整個火箭引擎丛楚，不能使用傳統(tǒng)工藝制造族壳。它不僅適用于傳熱，而且提高了構(gòu)件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性趣些。這個設計的冷卻性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)設計仿荆，例如集中作用的直角冷卻管道，保障并優(yōu)化了大量使用直角設計和整體穩(wěn)定性之間的平衡關系坏平，在提高表面反應率的同時也降低了電流電阻赖歌，大幅提升了引擎的整體效率。而另一方面功茴，由于將眾多額外的功能集于一身，省去了不必要的組件孽亲，加之輕量化設計的優(yōu)勢坎穿，整個火箭引擎的重量也比傳統(tǒng)產(chǎn)品要輕很多。

SLM Solutions公司與CellCore公司的合作在項目的準備階段就已開始返劲，通過反復的溝通玲昧、確認及優(yōu)化，確保成功制造出這類高度復雜的組件篮绿。SLM Solutions技術支持團隊針對這種特殊的幾何結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)開發(fā)孵延，重點對下表面粗糙度進行了優(yōu)化狭缰。在隨后的深入交流中，SLM Solutions的應用工程團隊又對零件的擺放方式給出了專業(yè)建議茸例，并對零件的關鍵部位進行了確認及測試罪靠，保障零件的各項性能達到最高標準。為了滿足航空航天工業(yè)對材料的高要求偷逆，火箭引擎最終使用鎳基高溫合金 IN718在SLM?280激光選區(qū)熔化設備上進行生產(chǎn)季糜。

IN718是一種沉積硬化的鎳鉻合金，在700℃的環(huán)境下仍具有良好的抗拉卤索、抗疲勞恰除、抗蠕變和抗斷強度，是飛機和燃氣輪機部件以及許多其他高溫應用的重要材料斯泥，其中也包括火箭推進引擎诵藐。使用傳統(tǒng)工藝加工時，硬質(zhì)材料加工難度大啼阵，刀具磨損嚴重册血。但是使用增材制造技術則無需擔心此類問題，金屬粉末將被直接熔化并成型為任意幾何形狀电湘。

該引擎是使用SLM Solutions公司的SLM?280激光選區(qū)熔化設備制造的隔节。SLM?280生產(chǎn)系列提供了一個280×280×365mm的成型艙和專利的多激光技術。它配備了一個粉末供應系統(tǒng)(PSV)寂呛，不再需要使用粉瓶灌裝粉末進行填充原料怎诫。在將粉末送入設備之前，粉末經(jīng)由集成的超聲波篩粉系統(tǒng)對其進行處理贷痪，確保不會有過大的顆粱眉耍或異物進入SLM?過程。PSV和SLM?設備之間的粉末由保護氣流進行全自動化輸送劫拢。在打印工作完成后肉津，首先清理并回收粉末，然后將零件連同基板取出舱沧。最后妹沙，根據(jù)零件要求進行相應的熱處理及線切割，并將多余的支撐結(jié)構(gòu)去除熟吏。

盡管該引擎的結(jié)構(gòu)復雜距糖，但后處理量卻是最小化的，盡可能的避免了刀具磨損蒲龟。SLM?技術通過減少昂貴慢杜、耗時的制造步驟和簡化火箭引擎結(jié)構(gòu)節(jié)省了可觀的成本。激光選區(qū)熔化為航空航天公司提供了一個機會，在保障卓越質(zhì)量要求的同時炫咱，通過增加火箭系統(tǒng)的功能死辫，運用輕量化設計和大幅縮短的開發(fā)、測試和生產(chǎn)周期投圣，來提高自己的競爭地位檬舀。

CellCore GmbH的常務董事安德烈亞斯·克魯格(Andreas Kruger)對此深信不疑：“這項概念研究顯示，增材制造在航空航天領域和其他行業(yè)都具有巨大的潛力存裁。我們對SLM?技術的可能性感到印象深刻斋垫，當看到由SLM?技術生產(chǎn)的具有高精度、高質(zhì)量郊纱、多功能集成的冷卻結(jié)構(gòu)時届饰，這個印象也變得更為深刻了。我們目前正在按照此項目中展現(xiàn)的各項原則開展相關工作臼蔼，這將為航空發(fā)動機或渦輪組件帶來巨大的附加值狸眼，例如實現(xiàn)溫度可控等方面≡〉危”

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