Rocket Lab使用90吨3D打印机制造“世界上最大的”碳复合材料火箭

2024年10月22日，南极熊获悉，加州航天发射公司Rocket Lab正在使用一台 90 吨重的 3D 打印机建造据称“历史上最大的碳复合材料火箭结构”。

据报道，Rocket Lab公司的3D 打印机是一台定制的自动纤维铺放 (AFP) 机，是世界上同类系统中最大的。该机器人 3D 打印机由美国Electroimpact 公司制造，高 39 英尺（12 米），每分钟可铺放328 英尺（100 米）连续碳纤维复合材料。

Rocket Lab 已在位于马里兰州Middle River 的空间结构综合设施中安装了大型 AFP 机器。该机器旨在自动生产该公司可重复使用的中子运载火箭的所有主要复合结构。这些结构包括 91 英尺（28 米）级间和整流罩的面板、22.9 英尺（7 米）直径的第一级和16.4 英尺（5 米）直径的第二级储罐。

据 Rocket Lab 介绍，使用传统的手工方法建造第二级圆顶需要数周时间，而 AFP 机器只需 24 小时便可完成。据预测，使用 AFP 技术建造火箭结构将节省超过15 万小时。

Rocket Lab 创始人兼首席执行官彼得·贝克爵士评论道：“当我们建造世界上最大的碳复合材料火箭时，我们需要世界上第一台碳复合纤维铺放机是理所当然的。我们将结合我们专有的经过飞行验证的碳复合材料技术、增材制造和自主机器人技术，设计和制造大型航空航天部件，其速度不仅可以支持中子的发射节奏，还可以支持我们的航天器客户的电子和碳复合材料结构。”

RocketLab 的 90 吨自动纤维铺放 (AFP) 机。照片来自 Rocket Lab。

3D 打印“世界上最大的”碳复合材料火箭

AFP 机器可以横向移动 98 英尺（30 米），逐层向不同方向铺设碳纤维板，直到结构完全制造完成。该系统的高速对于Rocket Lab 大型发射装置部件的生产至关重要，这些部件面积达数千平方米，具有数百层碳纤维层。  

Rocket Lab的巨型 3D 打印机还配备了自动实时检测系统。该系统可监控生产过程，并可在铺设过程中检测整个层压碳复合材料的缺陷。如果发现缺陷，系统会在添加下一层之前自动提醒操作员问题。这为 Rocket Lab 的中子发射器的质量提供了额外的信心，帮助它满足航空航天和航天工业的严格标准。

尽管 AFP 机器尺寸惊人，但它并不局限于大规模应用。它还用于为 Neutron 3D 打印较小的碳复合材料结构。该可重复使用的发射器能够将13,000 公斤的载荷送入近地轨道，旨在将卫星基站运送到太空。

据报道，Neutron 将于明年首次发射，将成为世界上第一枚中型碳复合材料火箭。它由 Rocket Lab 的新型 3D 打印可重复使用火箭发动机 Archimedes 提供动力。这取代了该公司上一代3D 打印 Rutherford 发动机，后者采用电子束熔化 (EBM) 技术生产。

除了 Neutron，RocketLab 还利用 AFP 系统生产其 3D 打印发动机驱动的 Electron 火箭的第一级和其他经过太空验证的碳复合材料结构。这些包括航天器的面板和组件、太阳能电池板的基板、碳复合材料主结构和油箱以及其他客户航空航天项目。

增材制造提高了航天火箭的生产能力

增材制造在太空火箭生产中的应用越来越广泛。今年早些时候，NASA 的 Paul Gradl 告诉 3D 打印行业，金属 3D 打印在“火箭发动机开发和生产中发挥着巨大作用”。

上个月，埃隆·马斯克的火箭公司SpaceX宣布与 Velo3D 签署了一份价值 500 万美元的 3D 打印机许可协议。该协议是继之前为SpaceX 提供 3D 打印机的合同之后达成的。值得注意的是，该公司在其 Raptor 发动机的生产中利用了增材制造技术。马斯克最近声称，该公司拥有“最先进的 3D 金属打印技术”。

今年早些时候，中国蓝箭航天首次成功试射并着陆其可重复使用的朱雀三号 VTVL-1 火箭。据报道，这款火箭采用了一系列增材制造的部件，这些部件采用铂力特(BLT) 的金属 3D 打印技术生产。这些部件包括接头元件、点火器支架和复杂的自由体部分。据称， 3D 打印的太空火箭部件大大缩短了整体生产时间，加快了交付速度，并支持快速开发迭代。

铂力特3D 打印机还用于制造中国航空航天公司东方航天的重力一号 Y-1 商业运载火箭的部件。重力一号被称为“世界上最大的固体火箭”，其各种部件均采用 BLT 的激光固体成型 (LSF) 技术制造。据报道，3D 打印这些部件克服了传统制造方法存在的加工困难、生产周期长和材料利用率低等问题。