近日，NASA馬歇爾太空飛行中心進行了3D列印噴管的熱火測試，該噴管由新型鋁合金 6061-RAM2 製成，可承受巨大的溫度梯度。 這種噴管比傳統噴管更輕，為可攜帶更多有效載荷的深空飛行奠定了基礎。
這個噴管是通過NASA 馬歇爾太空飛行中心的工程師與一家創業企業 Elementum 3D 合作，採用了Elementum 3D 開發的可焊接的鋁合金，與其他金屬相比，鋁的密度較低，可用於製造高強度、輕質的部件。
定向能量沉積鋁合金材料
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根據3D科學谷, DED定向能量沉積增材製造技術，允許整個推力室總成（TCA）在火箭推力室噴管的製造過程中一次性形成所有的內部冷卻通道，從而無需進行封閉操作，這樣的好處是明顯的，不僅可以顯著減少零件和焊接操作，並使得整個推力室總成（TCA）更加可多次利用。
航空航天金屬3D列印技術分類
3D科學谷白皮書
/ 新里程杯
NASA的鋁合金噴管是一種新的突破，由於鋁對極熱的耐受性較低且在焊接過程中容易破裂，因此此前，鋁通常不用於火箭發動機零件的增材製造。
該項目獲得了NASA空間技術任務理事會 (STMD) 的資助，目的是專注於推進輕質、增材製造的鋁製火箭噴管。噴管設計有小的內部通道，使噴管保持足夠涼爽以防止熔化。
NASA和Elementum 3D首先開發了名為 A6061-RAM2 的新型鋁合金，用於構建噴管，另一個商業合作夥伴RPM Innovations (RPMI)，通過 LP-DED 雷射粉末定向能量沉積工藝製造 RAMFIRE 噴管。這種新型合金可以在製造能夠承受高結構載荷的輕型火箭部件方面發揮重要作用。
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此外，位於阿拉巴馬州亨茨維爾馬歇爾太空飛行中心的真空夾套製造演示罐採用與 RAMFIRE 項目相同的 6061-RAM2 鋁材料開發。該組件專為低溫流體應用而設計，設計帶有一系列壁厚約為0.06英寸的整體冷卻通道。
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此前，在馬歇爾東部試驗區，兩個 RAMFIRE 噴管使用液氧和液氫以及液氧和液甲烷燃料配置完成了多次熱火測試。由於壓力室超過 825 磅每平方英寸 (psi)（超過預期的測試壓力），噴管成功累積了 22 次啟動和 579 秒（即近 10 分鐘）的運行時間，這表明噴管可以在最苛刻的深空環境中運行。
/ 高性能應用工藝開發
在對噴管進行一系列嚴格的熱火測試後，證明了該噴管能夠承受月球著陸器規模發動機的熱、結構和壓力負載。除了成功建造和測試火箭發動機噴管外，RAMFIRE項目還通過3D列印RAMFIRE鋁材料來製造其他先進的大型部件，目前用於演示目的，其中包括直徑為36英寸的氣動塞式噴管，具有複雜的整體冷卻通道和用於低溫流體應用的真空夾套罐。
根據3D科學谷《用於極端環境下的動力推進 l 一文洞悉NASA的3D列印合金「家族」》一文，NASA 通過詳細的增材製造工藝和熱處理表征以及機械和熱物理測試，使常用航空航天合金的各種系列（鎳、銅、不鏽鋼和鋼、鋁和鈦基）在增材製造領域的應用變得成熟。雖然這些合金被積極用於許多推進應用，但仍需要通過集成計算材料工程 (ICME) 和高性能應用的工藝開發來持續進行增材製造合金優化。
現代液體火箭發動機的運行環境十分嚴酷，其中腔室溫度可能超過 3300 °C，腔室和冷卻劑壓力超過 410 bar，惡劣的腔室條件和薄熱壁相結合，導致整個壁的熱梯度通常超過 230 °C，從而產生高熱應力。除了要求高性能的拉伸和疲勞性能之外，斷裂韌性也至關重要，根據環境的不同，可能還需要滿足耐腐蝕和耐磨性。其他環境因素，例如輻射、原子氧、紫外線或等離子體，也可能對材料所需的性能提出額外的要求。因此，操作環境決定了合金所需的性能，這些特性源自工藝-微觀結構-特性之間的相互關聯性。
NASA 和行業合作夥伴正在努力與商業利益相關者和學術界共享數據和流程。多家航空航天公司正在評估這種新型合金和 LP-DED 雷射粉末定向能量沉積增材製造工藝，並尋找將其用於製造衛星和其他應用部件的方法。