2023年3月，Relativity Space的人族Terran 1 火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角發射升空，照亮了夜空。這是首次發射由3D列印部件製成的測試火箭，作為增材製造的一種形式，3D 列印是增強能力和降低成本的關鍵技術。Terran 1 火箭帶有九個由銅合金製成的增材製造發動機燃燒室，其高溫接近 6,000 華氏度。
/ 高強度、高導熱性、高抗蠕變
根據3D科學谷，Terran 1首飛的意義在於證明了Relativity Space的顛覆性創新價值：
- 改變了供應鏈。以往火箭製造很長的供應鏈，將供應商的需求降為全部自己3D列印製造幾乎所有零件。零件數量減少100倍；
- 改變了研發，研發速度提升10倍；
- 人工智慧用於製造，Relativity的3D列印本質是人工智慧算法驅動的智能製造。
而在這一切的顛覆性創新價值背後，還離不開NASA的技術支持：在克利夫蘭的美國宇航局NASA格倫研究中心創建了這個被稱為 GRCop 的銅基合金系列，旨在用於高性能火箭發動機的燃燒室。
3D科學谷了解到GRCop 是銅、鉻和鈮的組合，這種材料專門針對高強度、高導熱性、高抗蠕變性進行了優化，這在高溫應用中允許更大的應力和應變，具備良好的低周疲勞性能，可以防止材料在高溫下失效。
2023年3月發射的Terran 1 火箭尾氣
在 20 世紀 80 年代後期，美國宇航局NASA想要開發一種發動機，用於在近地軌道上操縱太空飛行器，該發動機可以承受多次發射。火箭發動機需要在其運行的設計和環境中克服複雜的挑戰，包括多次啟動和關閉，這容易導致關鍵零部件的磨損。
當時，太空梭主發動機燃燒室襯裡通常在執行一到五次任務後需要更換，NASA的研究能夠表明，GRCop-84 銅合金燃燒室襯裡可以輕鬆實現 100 次維護服務之間和 500 次發動機壽命任務的目標。
NASA
在多年的合金開發過程中，NASA通過其快速分析和製造推進技術 (RAMPT)，推進不同版本的 GRCop 合金。最近的疊代名為 GRCop-42，使用多種增材製造方法為火箭發動機製造結構一體化和多材料燃燒室和推力室組件。這些工藝提高了性能，同時顯著降低了推力室零部件的重量和成本。
/ 與增材製造技術的完美結合
根據3D科學谷，商業航天進入發展開車道，將極大的刺激金屬3D列印的發展，2022年增材製造市場發生顯著變化，航天軍工的需求強勢崛起，導致包括對選區熔融金屬3D列印、電弧熔絲增材製造技術、雷射沉積送粉成形、復合材料增材製造技術的需求都發生了急劇的增長需求。根據AMPower 2023全球工業增材製造市場報告，2022年選區熔融金屬3D列印的一個直觀的發展趨勢是超過600mm加工尺寸的大型設備需求上升，其中航空航天領域購買的金屬3D列印設備單台均價在100萬歐元以上，一方面滿足大尺寸加工零件需求，一方面滿足小批量零件的量產製造需求。另外一個特徵是此前DED定向能量沉積3D列印技術普遍被用來作為零件修復的一項技術，而過去一年的發展趨勢是這項技術被越來越多的用於大尺寸零件的製造需求。
主要的航空航天領域的3D列印金屬材料
NASA 發現 GRCop 合金與最新的增材製造方法配合得很好。雷射粉末床熔融和定向能量沉積等3D列印製造工藝是目前可用於為許多航空航天應用製造 GRCop 銅合金零部件的技術，例如 用於Terran 1 人族火箭發動機的製造。
在雷射粉末床熔融3D列印過程中，3D列印設備將一層薄薄的粉末鋪展並根據CAD建模模型選擇性的熔化金屬粉末並凝固成金屬固體，重複數千次以形成一個完整的部件。這種層層凝固材料的方式可以製造出與鍛造金屬相當的強度。這種方法的優點是可以創建精細的零件，例如用於燃燒室冷卻的內流道、複雜噴嘴和帶冷卻通道的噴管等。
燃燒室製造成本比較
與雷射粉末床熔合相比，DED 定向能量沉積工藝可生產更大的形狀和組件，但可實現的細節相對較少，並且通過DED來加工銅金屬材料是具有挑戰的。根據3D科學谷的市場觀察，加州大學聖地亞哥分校的研究人員在其論文《Directed energy deposition of pure copper using blue laser》中展示了具有明確幾何形狀的塊狀 Cu 部件，該部件通過使用藍色雷射的「送粉」-定向能量沉積 (DED) 工藝構建。生產了體積為 1000 立方毫米的接近全密度（高達 99.6%）的部件，這是迄今為止在雷射增材製造中報道的最緻密的純銅部件，但與使用近紅外雷射構建的類似體積部件相比，其能量密度要低得多 。
NASA製造火箭推力室的燃燒室所用的銅合金GRCop-42作為具有更高導電性的高強度合金而得到了應用，銅合金由於其高導熱性而被期望用於腔室襯裡，這帶來高效的壁冷卻以將腔室熱壁保持在高強度溫度區域中。根據3D科學谷的了解，NASA開發了生產封閉壁銅合金襯裡的能力，使復合材料成為腔室護套作為可行且理想的選擇。
NASA
根據3D科學谷的了解，NASA通過DED定向能量沉積增材製造工藝在GRCop-42銅腔室的後端沉積雙金屬材料，形成帶雙金屬軸向接頭的火箭推力室噴管，並實現連續冷卻，從而解決了一些設計挑戰和螺栓連接設計的接口問題，隨後通過碳纖維聚合物基復合材料（PMC）外包裝將整個推力室總成（TCA）進行外包裝。
總之， 將GRCop-42 合金推向商業空間應用是 NASA 主導的創新如何提升行業能力並為美國不斷發展的太空經濟做出貢獻的一個很好的例子。
NASA 向 Relativity Space 提供了其技術專長，使 GRCop-42 從開發階段轉變為用於實際發射， Relativity Space 已經展示了這些性能更高的火箭發動機部件，通過GRCop 合金的增材製造複雜發動機零件，可用於未來的月球、火星探索和其他太空任務。