編者按：本文來自微信公眾號“3D打印驛站”（ID：iPrinting），3D打印資源庫經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

最近幾天，整個增材行業(yè)備受矚目的莫過于美國Relativity Space(以下簡稱“相對論公司”)的全球首枚全3D打印火箭——Relativity Space Terran 1(以下稱“人族1號”)即將發(fā)射，本次發(fā)射的人族1號火箭采用2級液氧甲烷動力推進(jìn)劑，全長35m，起飛推力920kN，運(yùn)載能力1250Kg LEO。

本次發(fā)射是全球首枚3D打印火箭的飛行嘗試，也是美國首次液氧甲烷火箭入軌的發(fā)射嘗試，其首要目標(biāo)是驗(yàn)證3D打印火箭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在發(fā)射運(yùn)行中的可行性。

本來是商業(yè)航天領(lǐng)域的發(fā)射任務(wù)，但是卻得到了整個增材行業(yè)的深切關(guān)注，無疑是這枚即將發(fā)射的人族1號火箭85%的部件是采用3D打印完成，包括整個箭體和幾乎所有的發(fā)動機(jī)部件。正是由于3D打印技術(shù)的使用，相對論公司充分發(fā)揮了其在零部件集成設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢，將整枚火箭的零件數(shù)量足足降低了100倍。這對于本身在航空航天領(lǐng)域擁有無限潛在應(yīng)用價(jià)值的3D打印而言，對于傳統(tǒng)加工技術(shù)的挑戰(zhàn)或?qū)⑹枪钦郯愕奶蹌痈校吘鼓嫣斓募蓛?yōu)勢與減重潛力對整個航空航天飛行器的進(jìn)步是超乎尋常的向往的。

3D打印箭體結(jié)構(gòu)

箭體結(jié)構(gòu)是火箭各個受力和支撐結(jié)構(gòu)件的總稱。包括有效載荷整流罩、推進(jìn)劑儲箱、儀器艙、箱間段、級間段、發(fā)動機(jī)承力結(jié)構(gòu)、儀器支架、導(dǎo)管、閥門和尾艙、尾翼等。箭體結(jié)構(gòu)的功能是安裝連接有效載荷、儀器設(shè)備、發(fā)動機(jī)等，可以認(rèn)為是火箭的骨架。下圖是長征五號火箭的結(jié)構(gòu)圖：

人族1號火箭的艙段及儲箱等部件均使用其自身研發(fā)的星際之門電弧增材裝備進(jìn)行打印成形，目前該設(shè)備已經(jīng)迭代升級至第四代，此版本的打印速度相較三代版本提升了7倍，其中最大的亮點(diǎn)是該裝備的水平方向打印能力，達(dá)到了驚人的36.6m，寬度達(dá)7m。另外，更值得一提的是該裝備具備的多絲打印能力，使其效率相比三代高出55倍。

在質(zhì)量控制方面，新的“星際之門”結(jié)合了計(jì)算機(jī)視覺、傳感器和遙測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)打印過程的實(shí)時監(jiān)控。同時，借鑒機(jī)器學(xué)習(xí)方法形成全新的軟件控制系統(tǒng)作為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了對過程質(zhì)量的控制。

人族1號火箭箭體結(jié)構(gòu)使用的原材料為AlMgScZr高強(qiáng)鋁絲材，其供應(yīng)商正是來自國內(nèi)鋁合金焊絲生產(chǎn)廠商——撫順東工，其生產(chǎn)的AlMgScZr性能為抗拉強(qiáng)度415MPa，屈服280MPa，延伸16%。相比于傳統(tǒng)火箭箭體結(jié)構(gòu)多采用的不銹鋼冷軋板性能（屈服超過800MPa）似乎并不占優(yōu)勢，但是作為3D打印成形方案的人族火箭或許這是現(xiàn)實(shí)中最優(yōu)選了。

3D打印發(fā)動機(jī)部件

人族1號上的Aeon 1發(fā)動機(jī)高度集成化設(shè)計(jì)促使其零件數(shù)量降低到了100多個，平均制造周期也縮短至了一個月，如此顛覆的產(chǎn)品或許正是屬于設(shè)計(jì)驅(qū)動的必然產(chǎn)品。

雖然國內(nèi)3D打印技術(shù)早已經(jīng)被用于制備火箭發(fā)動機(jī)各部件，但是對于眾多的航天企業(yè)而言，3D打印技術(shù)也只是被視為與傳統(tǒng)加工技術(shù)并行的一種制造技術(shù)，其真正的潛力似乎還未被發(fā)掘。在成本制約，周期受限的情況下，如何利用3D打印技術(shù)開發(fā)新一代高性能動力產(chǎn)品是眾多航天企業(yè)面臨著的思考與規(guī)劃。培養(yǎng)新一代增材設(shè)計(jì)思維，或許能夠?yàn)槲磥砻媾R著的挑戰(zhàn)提供一種優(yōu)選解。

對航天的潛在意義

人族1號的發(fā)射，無論是否成功，它都將會改變整個航天現(xiàn)有的價(jià)值體系，而這是增材制造技術(shù)所賦予的。60天制造出一枚火箭，60天完成一個更優(yōu)版本的迭代，質(zhì)量更輕，價(jià)格更低，速度更快。增材數(shù)字化重塑了整個航天的價(jià)值鏈，這不是一項(xiàng)簡單的制造技術(shù)，這是一種全新的構(gòu)建、設(shè)計(jì)和開發(fā)產(chǎn)品的方式，是由軟件驅(qū)動的。

來源：3D打印驛站

編者按：本文來自微信公眾號“3D打印驛站”（ID：iPrinting），3D打印資源庫經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

最近幾天，整個增材行業(yè)備受矚目的莫過于美國Relativity Space(以下簡稱“相對論公司”)的全球首枚全3D打印火箭——Relativity Space Terran 1(以下稱“人族1號”)即將發(fā)射，本次發(fā)射的人族1號火箭采用2級液氧甲烷動力推進(jìn)劑，全長35m，起飛推力920kN，運(yùn)載能力1250Kg LEO。

本次發(fā)射是全球首枚3D打印火箭的飛行嘗試，也是美國首次液氧甲烷火箭入軌的發(fā)射嘗試，其首要目標(biāo)是驗(yàn)證3D打印火箭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在發(fā)射運(yùn)行中的可行性。

本來是商業(yè)航天領(lǐng)域的發(fā)射任務(wù)，但是卻得到了整個增材行業(yè)的深切關(guān)注，無疑是這枚即將發(fā)射的人族1號火箭85%的部件是采用3D打印完成，包括整個箭體和幾乎所有的發(fā)動機(jī)部件。正是由于3D打印技術(shù)的使用，相對論公司充分發(fā)揮了其在零部件集成設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢，將整枚火箭的零件數(shù)量足足降低了100倍。這對于本身在航空航天領(lǐng)域擁有無限潛在應(yīng)用價(jià)值的3D打印而言，對于傳統(tǒng)加工技術(shù)的挑戰(zhàn)或?qū)⑹枪钦郯愕奶蹌痈校吘鼓嫣斓募蓛?yōu)勢與減重潛力對整個航空航天飛行器的進(jìn)步是超乎尋常的向往的。

3D打印箭體結(jié)構(gòu)

箭體結(jié)構(gòu)是火箭各個受力和支撐結(jié)構(gòu)件的總稱。包括有效載荷整流罩、推進(jìn)劑儲箱、儀器艙、箱間段、級間段、發(fā)動機(jī)承力結(jié)構(gòu)、儀器支架、導(dǎo)管、閥門和尾艙、尾翼等。箭體結(jié)構(gòu)的功能是安裝連接有效載荷、儀器設(shè)備、發(fā)動機(jī)等，可以認(rèn)為是火箭的骨架。下圖是長征五號火箭的結(jié)構(gòu)圖：

人族1號火箭的艙段及儲箱等部件均使用其自身研發(fā)的星際之門電弧增材裝備進(jìn)行打印成形，目前該設(shè)備已經(jīng)迭代升級至第四代，此版本的打印速度相較三代版本提升了7倍，其中最大的亮點(diǎn)是該裝備的水平方向打印能力，達(dá)到了驚人的36.6m，寬度達(dá)7m。另外，更值得一提的是該裝備具備的多絲打印能力，使其效率相比三代高出55倍。

在質(zhì)量控制方面，新的“星際之門”結(jié)合了計(jì)算機(jī)視覺、傳感器和遙測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)打印過程的實(shí)時監(jiān)控。同時，借鑒機(jī)器學(xué)習(xí)方法形成全新的軟件控制系統(tǒng)作為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了對過程質(zhì)量的控制。

人族1號火箭箭體結(jié)構(gòu)使用的原材料為AlMgScZr高強(qiáng)鋁絲材，其供應(yīng)商正是來自國內(nèi)鋁合金焊絲生產(chǎn)廠商——撫順東工，其生產(chǎn)的AlMgScZr性能為抗拉強(qiáng)度415MPa，屈服280MPa，延伸16%。相比于傳統(tǒng)火箭箭體結(jié)構(gòu)多采用的不銹鋼冷軋板性能（屈服超過800MPa）似乎并不占優(yōu)勢，但是作為3D打印成形方案的人族火箭或許這是現(xiàn)實(shí)中最優(yōu)選了。

3D打印發(fā)動機(jī)部件

人族1號上的Aeon 1發(fā)動機(jī)高度集成化設(shè)計(jì)促使其零件數(shù)量降低到了100多個，平均制造周期也縮短至了一個月，如此顛覆的產(chǎn)品或許正是屬于設(shè)計(jì)驅(qū)動的必然產(chǎn)品。

雖然國內(nèi)3D打印技術(shù)早已經(jīng)被用于制備火箭發(fā)動機(jī)各部件，但是對于眾多的航天企業(yè)而言，3D打印技術(shù)也只是被視為與傳統(tǒng)加工技術(shù)并行的一種制造技術(shù)，其真正的潛力似乎還未被發(fā)掘。在成本制約，周期受限的情況下，如何利用3D打印技術(shù)開發(fā)新一代高性能動力產(chǎn)品是眾多航天企業(yè)面臨著的思考與規(guī)劃。培養(yǎng)新一代增材設(shè)計(jì)思維，或許能夠?yàn)槲磥砻媾R著的挑戰(zhàn)提供一種優(yōu)選解。

對航天的潛在意義

人族1號的發(fā)射，無論是否成功，它都將會改變整個航天現(xiàn)有的價(jià)值體系，而這是增材制造技術(shù)所賦予的。60天制造出一枚火箭，60天完成一個更優(yōu)版本的迭代，質(zhì)量更輕，價(jià)格更低，速度更快。增材數(shù)字化重塑了整個航天的價(jià)值鏈，這不是一項(xiàng)簡單的制造技術(shù)，這是一種全新的構(gòu)建、設(shè)計(jì)和開發(fā)產(chǎn)品的方式，是由軟件驅(qū)動的。

來源：3D打印驛站