必威·「BetWay」官方网站回看3D打印火箭：发射失败但技术不容小觑（金属3D打印手套箱）在传统的航天工业中，发射一枚火箭需要花费数百万美元的成本。但是，随着3D打印技术的发展，一些公司开始尝试使用3D打印技术来制造火箭，并且已经取得了一些成功。不过也有一个实际问题：到底是3D打印火箭还是可回收火箭更经济？3D打印作为一种制造技术，它使用计算机辅助设计（CAD）软件将数字模型转换成物理对象。

　　与传统制造技术不同的是，3D打印不需要使用模具或者切割材料。取而代之的是，3D打印机将材料（通常是塑料或金属）加热成液态，然后将其沉积到预定位置，逐层堆叠形成物理对象。而可回收火箭是指可以重复使用的火箭，与传统的“一次性”火箭不同。传统的火箭一旦被使用就无法再使用，需要重新制造，这将导致高昂的成本。而可回收火箭可以在多次任务中使用，这将显著降低航天任务的成本。

　　3D打印火箭的最大优点就是制造成本相对较低。由于3D打印技术不需要使用模具或者切割材料，减少了制造过程中的人工和设备成本。此外，由于可以直接将数字模型转换成物理对象，这也降低了制造过程中的设计成本。此外，由于3D打印火箭可以直接在生产现场进行制造，减少了物流和运输成本。这使得3D打印火箭的制造成本比传统火箭低很多。另一个优点是快速：传统火箭的制造通常需要数月甚至数年的时间，而使用3D打印技术可以大大加快制造时间。这是因为3D打印技术可以在短时间内生产出复杂的物理对象，这对于火箭制造来说非常重要。

　　当然3D打印火箭也不是没有缺点：首先，3D打印技术目前还不能制造所有的火箭部件，尤其是一些关键部件，例如发动机和燃料箱。这些部件需要高精度、高强度的材料和制造过程，目前的3D打印技术还无法达到要求。因此，虽然3D打印技术可以用来制造火箭的许多部件，但在一些关键部件上还需要采用传统制造技术。另一个问题是3D打印火箭的质量和可靠性问题。3D打印过程中可能会产生缺陷或者弱点，这将影响火箭的质量和可靠性。在这方面，传统的制造技术在质量和可靠性方面有更高的保证。

　　可回收火箭的最大优点就是可以重复使用，这将大大降低航天任务的成本。传统火箭一旦被使用就无法再使用，需要重新制造，这将导致高昂的成本。而可回收火箭可以在多次任务中使用，这将显著降低航天任务的成本。另一个优点是可回收火箭可以更快地进行下一次任务。因为不需要重新制造火箭，所以可回收火箭可以更快地进行下一次任务。这将大大缩短发射间隔时间，提高了任务效率。

　　然而，可回收火箭也存在一些缺点。首先，制造成本通常比传统的一次性火箭更高。这是因为可回收火箭需要更强的材料和更复杂的制造过程。其次，可回收火箭需要进行维修和检查。由于火箭在使用中会受到极端的力和温度，需要经常进行维修和检查。这将增加运营成本和维护成本。

　　上周，初创公司Relativity Space向太空发射了 “世界上第一枚3D打印火箭”，但它在发射后遇到了引擎问题，未能进入轨道。

　　自2015年以来，Relativity Space一直致力于开发可以使用 3D 打印，快速、廉价且高效地制造火箭。如今大多数火箭都依赖于一些3D打印部件，但Relativity Space的Terran 1 火箭 85% 都是采用这种工艺制造的。即便如此，它仍受到尺寸的限制。重工业一直无法利用3D打印大批量生产大型部件，尤其是在航空航天领域，如火箭发动机中的零件。这些零件的物理尺寸一直限制在一米以下。

　　Rosotics公司表示，他们已经准备好向市场推出一种改变大规模3D金属打印的新技术。这种超高效率的“快速感应打印”方法，可以打印巨大尺寸的部件，在速度、成本、安全和能源效率方面具有无可比拟的优势。

　　今天的许多金属打印系统使用激光加热和熔化粉末金属原料，但这种激光打印系统存在许多问题。首先，这些金属粉末原料价格昂贵必威，而且常伴有危险。例如，钛粉是爆炸性的。其次，激光是一种将能量转化为热量的低效手段。大规模激光打印系统更是需要专门的能源供应系统。第三，工作中的激光束是危险的，即使是3D打印机能量级别的反射光束，如果直接射中眼睛，也足以使人失明。第四，用这些方法制造的零部件通常需要在之后进行热处理，这意味着你只能打印烘烤设备大小的零部件，以进行之后的热处理。

　　为了突破以上局限，Rosotics设计、制造并测试了一种新型金属3D打印头，名为“螳螂”。由于许多金属都可以导电，可以通过感应高效地向金属传递热量，而不是在回路中添加极其低效甚至危险的硬件。这种方法是在线圈中产生一个电磁场，任何通过该磁场的铁磁性金属都会被在金属中引入的涡流加热。这个过程消除了使用激光。人们只需将金属丝通过喷嘴，并在它通过时感应加热。这被称为快速感应印刷，简称RIP必威。

　　与激光打印所代表的定向能量沉积相比，这种能量诱导方式大大提高了转化效率。与基于激光的送丝方法相比，新方法的总能量消耗效率提高了30-50%。与其他公司相比，这几乎是一个数量级的跃升。原型打印机完全部署后，它可以打印比迄今为止任何其他3D打印机都大的物品。事实上，Mantis（第 1 代）将能够打印直径从 1.5 米到 8 米，高度达 9 米的航空级铝和钢。该系统专为在包括现场制造在内的广泛应用中实现大规模3D打印而构建。这台机器有三个打印头，每个每小时打印15公斤多一点的金属。作为一个系统，它每小时能打印大约50公斤的材料。

　　Rosotics的工艺也适用于露天打印，这样客户就不必把整个打印都放在真空室里。而与其他基于激光的工艺不同，它不需要均匀地加热整个结构，以减少工艺引起的残余应力。这进一步简化了工艺流程。RIP工艺使整个打印过程更快、更便宜，并且开放的金属打印几乎可以达到无限规模。因此，Relativity Space正考虑与Rosotics合作，使用RIP打印机生产下一代火箭。该火箭的直径将更大，打印的速度也将更快，还能将成本降到最低。

　　一旦这种技术得到推广，美国将有更多的航天企业采用3D打印的火箭抢夺商业发射的市场份额，当然这最终受益的是广大消费者。更便宜和快速的航天发射，将让太空旅行的价格更加亲民。

　　另外，原料也不一定是铁磁性的。Rosotics公司所使用的另一个主要材料便是铝，因为它是航空航天工业中许多结构部件的基础，而且它没有丝毫的磁性。Rosotics通过冶金科学的突破性方法来感应加热原料。设备既可以感应加热夹套中的材料，或者让材料穿过感应加热通道，通过物理接触来获得热量必威。

　　在测试过程中使用了大量的金属，包括钢和铝，但该公司主要瞄准的是用于航空航天的材料。对于钛，新型打印机也可以有效处理。该公司目前正在研究其他一些材料，其中最直接的一种是铜镍，它在某些用途中具有非常好的机械性能。

　　目前，这款打印机的喷嘴可以处理直径在1-10毫米之间的金属丝，但Rosotics表示，如果有必要，只要扩大喷嘴，就可以轻松地扩展。而“螳螂”打印系统能像折纸一样折叠起来，使其易于包装和运输。受到大自然的启发，螳螂的名字来源于昆虫世界，它的手臂可以展开和伸展，可以打印出比以往更大的3D打印件。

　　上面的文章里，虽然爱提到了可以在非真空环境下进行打印，但从实际制造来说，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

　　不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。

　　基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

　　金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

　　3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

　　金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。