采用3D打印直接制造火箭推力室在航空航天领域是一个热门话题，像民营火箭公司Launcher、Rocket Lab更是以此为卖点大力推动本公司采用该技术发展商业航空的步伐。然而采用3D打印直接制造推力室多是采用成型尺寸有限的SLM技术，如Launcher全球最大的一体式3D打印火箭燃烧室高85厘米、直径40厘米，Spacex龙飞船推力室采用EOS打印机制造，尺寸也可见一斑。
NASA采用激光能量沉积技术制造大型火箭推力室
我们此前曾分析过3D打印技术在制造火箭再生冷却推力室方面的巨大优势，而SLM技术在制造大型火箭推力室方面显然心有余而力不足，发展大型推力室3D打印制造技术正在获得关注。2019年4月，美国航天局启动了名为RAMPT的项目，以开发新的设计和制造方法，改善燃烧室和喷嘴性能，同时降低成本。该项目主要集中在发动机系统中两个最重的部件，它们也是今天生产的最昂贵的部件。NASA希望充分整合新的制造工艺，包括3D打印，对材料进行测试，在此背景下，NASA采用激光能量沉积3D打印技术制造了直径1米、高度0.9米的一体化冷却通道推力室。
激光能量沉积过程及零件表面质量
该推力室的制造过程仅花费30天，而如果采用传统的焊接方法通常需要一年时间。推力室内部集成了所必须的冷却通道，3D打印无疑并不会增加制造难度。
从材料方面来说，推力室的制造材料均是来源于经过验证的传统铜合金。2014年，NASA对其GRCop-84实施SLM用粉改造，此前它一直被用于粉末冶金。2019年，NASA成功完成GRCop-42粉末的改造和工艺开发，该材料旨在替代GRCop-84，它可以在保证同等高强度的前提下，大幅提高导热系数，而且它比当前燃烧室内衬用合金NARloy-Z的导热率还要高。此外，为满足液体火箭发动机组件对耐氢、高导电，良好的低周疲劳性能以及在高热通量环境中通道冷却喷嘴的高伸长率和强度要求，NASA还对传统的HR-1材料进行了改造，开发出了可用于增材制造的新型高强度Fe-Ni基超合金。
3D打印的大型火箭推力室
3D打印的大型火箭推力室
大型火箭发射过程
激光能量沉积相比SLM来说重要意义不仅仅是可以把零件最大，而且还可以进行多材料打印。推力室除了铜合金材料的内衬，还有镍基合金的外壁。采用SLM制造的内衬结构可能还需要通过喷涂、熔覆等类似工艺实现镍基合金的复合，但激光能量沉积技术则可以同时完成整个组件的一体化制造。
