如果今年夏天Terran 1在卡纳维拉尔角 (Cape Canaveral) 成功发射，Relativity Space将成为第一家将全3D打印火箭送入太空的航空航天制造公司。在那之后，加州一家名为Launcher的初创公司将在SpaceX的帮助下，于太空部署由3D打印火箭引擎驱动的轨道飞行器卫星平台。
3D打印——也被称为增材制造——对航空航天工业的影响怎么估计都不为过。没有任何其他技术能够让如此多的公司进入这个行业，并在如此短的时间内以如此低的成本交付车辆、发动机和火箭等产品。现在，随着越来越多的商用3D打印机被证明能够生产出符合太空价值的组件，新兴火箭制造商的数量即将激增。
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Relativity Space 3D打印火箭（第一阶段）被运入LC-16机库，图源：Trevor Mahlmann / Relativity Space
例如，总部位于英国的航空航天公司Orbex希望其3D打印火箭能在今年年底前在苏格兰升空，而该公司使用了德国制造商EOS最新的金属3D打印机；在美国，年轻的火箭发动机制造商Ursa Major正在接收新的Arroway推进引擎订单，该引擎旨在取代目前无法获得的、由俄罗斯制造的发动机，且也是用现有的金属3D打印机制造的。
“如果没有3D打印，我们公司就不会存在。”曾在SpaceX工作了5年的Ursa Major先进制造和材料总监Jake Bowles说，“我们的发展与3D打印的存在和成熟密切相关。”
Jake Bowles说，Ursa Major计划以更快的速度将发动机推向市场。若想将制造时间从几年缩减为几个月，便只有通过3D打印机才有可能实现。
虽然Relativity Space和其他公司已经为自己的火箭开发了专有的3D打印技术，但使用新的商业3D打印机能使Ursa Major控制成本，并快速迭代设计。
Jake Bowles表示：“我们的团队一直在评估新3D打印机公司推出的创新，因为在航空航天和航天发射市场上有太多竞争了。”根据Strategic Market Research的预测，到2030年，全球的航空航天3D打印市场规模将达到92.7亿美元。
各家公司都在竞相为亚马逊等公司提供最强大、最灵活、最廉价的选择，因为后者希望将卫星送入轨道，以提供全球性的宽带服务、捕捉地球活动的高分辨率图像，甚至为超级富豪建立私人空间站酒店。
与美国宇航局 (NASA) 的航天飞机项目相比，增材制造技术可将发射成本降低95%，这为更多的轨道服务打开了大门，并推动了火箭制造商之间的激烈竞争，而Launcher的公司标语读起来就像是沃尔玛的广告：“以最低成本进入太空的任何地方。”
最近，Launcher获得了来自美国太空部队 (U.S. Space Force) 的资金，以进一步开发用于发射Launcher Light运载工具的E-2——这是一款3D打印的高性能液体火箭发动机，计划在2024年投入使用。美国太空部队表示，“E-2有可能大幅降低通过专用小型运载火箭将小型卫星送入轨道的价格，对我们来说，这是一个关键能力和优先事项。”
为了降低成本和加快生产速度，Launcher还使用了EOS和加州公司Velo3D的3D打印机。
Launcher E-2火箭发动机的燃烧室全部是在EOS的AMCM打印机上用铜合金3D打印的，而喷射器的打印则由Velo3D的Sapphire打印机完成。图源：Launcher
Launcher的创始人兼CEO Max Haot说：“火箭发动机中的涡轮泵部件通常需要经过铸造、锻造和焊接，而这些工艺过程所需的模具增加了开发成本，并降低了设计迭代中的灵活性。得益于Velo3D的零度技术，我们可以用3D打印来制造涡轮泵，包括旋转的Inconel闭式叶轮，这令成本变得更低，并能通过每个原型之间的迭代来增加创新。”
另一位曾在SpaceX任职的资深人士、Ursa Major的高级推进分析师Eduardo Rondon表示，按照传统的航空航天制造方法，制造和测试模具就需要9至12个月的准备时间，以及巨额费用。“增材制造使我们可以在试验台上放置一种新的设计，并快速对其做出修改和打印，然后几周内就推出产品。”
自SpaceX在2013年推出其3D打印的SuperDraco火箭引擎以来，3D打印在太空行业中已经历了一段不短的历史。
2017年，航空航天巨头Aerojet Rocketdyne重新设计了其Bantam火箭发动机系列，通过充分利用增材制造能力，将总的设计和制造时间从一年多减少到几个月，而且与传统制造方法相比，其成本降低了约65%。
该公司表示：“这些发动机通常由100多个部件组成，但用增材制造的话只有三个主要部件：喷射器总成、燃烧室，以及一个庞大而单一的喉道和喷嘴部分。”
Rocket Lab是另一个商业卫星发射的先驱，其在2017年首次发射了自己的轻型3D打印火箭发动机Rutherford。它的燃烧室、喷射器、泵和主推进剂阀门都是3D打印的，而且已经参与了27次发射，包括本周的一次。
尽管NASA和经验丰富的火箭发射公司已将增材制造技术融入他们的项目多年，但当今的商业3D打印技术和先进的金属合金材料正迅速变得成熟，像Launcher、Ursa Major和Orbex这样的公司可以用更少的时间和成本来完成从原型到发射的过程。
“我们一直在围绕着3D打印开展设计工作。”Jake Bowles说，“这能够让我们建立起关于优化3D打印设计的内部know-how，然后我们就可以将其应用于需要开发和销售的新引擎，以满足市场需求，这也让我们可以更快地进入市场。”
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