3D打印在2014

　　過去一年，全球科技取得了不少突破及進展。此前3D打印技術(shù)甚至被認為將帶動第三次工業(yè)革命，在該領(lǐng)域突破性發(fā)展尤其豐富。而最為耀眼的當(dāng)屬以下兩大突破：

　　一、NASA開發(fā)出新型混合3D打印技術(shù)

　　去年中旬，美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室的科學(xué)家開發(fā)出一種新的3D打印技術(shù)，可在一個部件上混合打印多種金屬或合金，解決了長期以來飛行器尤其是航天器零部件制造中所面臨的一大難題。除度身定制零部件外，該技術(shù)還能用于研究各種潛在的合金，研究人員稱，新研究未來有望讓材料科學(xué)大為改觀。相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上。

　　3D打印技術(shù)正方興未艾，能夠用來制造從眼鏡到植入式醫(yī)療設(shè)備的各種物件，無需模具和焊接，人們只需將模型數(shù)據(jù)輸入計算機即可得到想要的東西。但此前航天器零部件的制造，卻無法如此輕松地一氣呵成。工程師往往需要定制各種復(fù)雜的、有特殊要求(如在同一零件上使用多種不同性質(zhì)金屬)的部件，傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)根本無法滿足這一需求。

　　例如，一個零件的一側(cè)要具備耐高溫特性，而另一側(cè)要具備低密度特性;或只能在一側(cè)具有磁性。制造這樣的零部件此前只能采用焊接的方法，先分別制造出不同的部件，然后再將它們焊接起來。但焊縫天然具有缺陷，容易脆化，在高強度壓力下極易導(dǎo)致零件崩潰。

　　物理學(xué)家組織網(wǎng)7月30日報道稱，從2010年以來，NASA噴氣推進實驗室的科學(xué)家就一直試圖解決這個問題。噴氣推進實驗室材料和冶金專家道格拉斯·霍夫曼說：“我們正在做一個標(biāo)準(zhǔn)的3D打印工序，讓新技術(shù)能夠兼容不同的金屬粉末，以便于制造飛行器。借助這項技術(shù)，你可以不斷地改變材料的組成。未來的太空任務(wù)可以結(jié)合使用由這種技術(shù)制成的部件，汽車工業(yè)和商用航空工業(yè)的設(shè)計和制造人員，很快會發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)對他們而言同樣很有價值?！?/p>

　　NASA噴氣推進實驗室技術(shù)專家R·皮特·狄龍說：“借助這種新型3D打印技術(shù)，你可以順滑地從一種合金過渡到另外一種合金，此外，用它還可以研究各種潛在的合金。我們認為這個技術(shù)未來將讓材料技術(shù)大為改觀?！?/p>

　　狄龍的同事、機械工程師約翰·保羅·比格尼亞說：“雖然梯度合金在過去的研究中已經(jīng)被開發(fā)和創(chuàng)建過，但是將這些復(fù)雜材料制造成現(xiàn)實的零部件，這還是第一次?！?/p>

　　二、3D打印的火箭發(fā)動機噴嘴點火成功

　　去年九月，美國國家航空航天局(NASA)成功測試了兩個迄今設(shè)計最復(fù)雜的、3D打印制造的火箭發(fā)動機噴嘴。兩個噴嘴分別進行了5秒鐘點火試飛，產(chǎn)生了2萬磅的推力。設(shè)計的氫氧旋混幾何流型使燃燒產(chǎn)生的推力達到每英寸1400磅，溫度達到6000華氏度。測試地點在亞拉巴馬州的馬歇爾空間飛行中心。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月1日報道，通過這次設(shè)計，NASA工程師推進了3D打印技術(shù)的極限。他們先把設(shè)計方案輸入3D打印計算機，然后由打印機一層層地打出每個部分，通過激光把金屬粉末融合在一起，這一過程叫做選擇性激光熔融。

　　3D打印也叫加法制造。設(shè)計者可以用40個噴頭打印一個整體部件，而不用分別制造。他們打印的部件在尺寸上類似小火箭發(fā)動機噴嘴，而設(shè)計上卻類似推進大型發(fā)動機如RS-25發(fā)動機的噴嘴。RS-25發(fā)動機是用來推進NASA空間發(fā)射系統(tǒng)(SLS)火箭的，是舉重型探測類火箭，將把人類帶到火星上。

　　“我們不只是想測試一個噴嘴，還想證明3D打印能給火箭設(shè)計帶來變革，提高系統(tǒng)性能?！瘪R歇爾工程指揮部主管克里斯·辛格說，“在測試中，這些部件表現(xiàn)得出乎意料的好?！比绻脗鹘y(tǒng)制造方法，要造163個單獨零件然后再組裝起來，但3D打印只需兩個零件，不僅節(jié)約了時間金錢，而且造出的部件能提高火箭發(fā)動機性能，減少失敗可能性。

　　兩個火箭噴嘴分別由兩家公司打印。“我們的目標(biāo)之一是與多家公司合作，為這種新的制造工藝制定標(biāo)準(zhǔn)?！瘪R歇爾推進工程師詹森·特賓說，“我們與行業(yè)合作，學(xué)習(xí)怎樣在航空硬件制造的每個階段——從設(shè)計到空間操作，利用這種加法制造的優(yōu)勢。我們正在把學(xué)到關(guān)于火箭發(fā)動機部件制造的一切，應(yīng)用到空間發(fā)射系統(tǒng)及其他航空硬件上?！?/p>

　　由于加法制造設(shè)計獨特，不僅能幫設(shè)計師制造和測試火箭噴嘴，還能使測試更快更智能。馬歇爾中心擁有室內(nèi)加法制造能力，“這讓我們能看到測試數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來修正部件或測試標(biāo)準(zhǔn)，迅速改變生產(chǎn)再返回來測試?！必撠?zé)本次測試的推進工程師尼古拉斯·凱斯說，“這會加速整個設(shè)計、開發(fā)與測試過程，讓我們能以更少的風(fēng)險和成本努力改革設(shè)計。”

　　本著降低未來發(fā)動機的制造復(fù)雜性、節(jié)約時間、減少制造組裝成本的目的，工程師們不斷測試越來越復(fù)雜的噴嘴、火箭噴管及其他零件。對于改進火箭設(shè)計、完成深空任務(wù)來說，加法制造是一種關(guān)鍵技術(shù)。

　　工程師用3D打印火箭噴嘴完成了點火燃燒測試。一些參數(shù)的特定設(shè)計，旨在提高火箭發(fā)動機性能。噴嘴混合了液態(tài)氧和氣態(tài)氫，燃燒溫度超過6000華氏度(約3316攝氏度)，產(chǎn)生了超過2萬磅的推擲力。