2021 年 12 月 6 日，印度國防冶金研究實驗室 (DMRL) 的研究人員利用 3D 打印技術制造了一種升級版的燃料噴射器，可以降低地對空導彈的推進成本。 該團隊使用 PBF 3D 打印技術將三角形橫截面集成到他們的注射器設計中，這使得兩個先前組裝的組件能夠集成到一個單獨的、流量優(yōu)化的設備中。工程師表示，這樣做不僅不需要使用昂貴的電子束焊接（EBW）方法，而且還創(chuàng)建了獨特的、網格狀的輕量化元件。

 △DMRL 團隊拓撲優(yōu)化燃料噴射器的 3D 模型。 圖片來自印度國家工程院

印度國家級導彈發(fā)展戰(zhàn)略

自2009年以來，DMRL的新制造技術團隊一直在使用Optomec LENS-750系統(tǒng)用鋼、鈦和各種超合金打印導彈原型部件。 在此過程中，該團隊的工程師發(fā)現了增材技術相對于傳統(tǒng)航空航天生產工藝的優(yōu)勢，尤其是在設計自由度和交付時間方面。 然而，在印度 Vikram Sarabhai 太空中心的類似推進器項目取得成功后，研究人員決定放棄 DED 技術，并決定自行設計燃料噴射器。 工程師們表示，自從改用 PBF 工藝后，他們已經能夠以不妨礙其結構完整性和不需要支撐的方式重新設計現有導彈部件。 該團隊在論文中表示：“由于傳統(tǒng)制造業(yè)的局限性，設計師沒有太多的靈活性來實現更有效的設計并創(chuàng)造更輕、更堅固的零件。他們只是被迫專門為制造而設計部件。3D打印作為一種解決方案，可以按照設計者的概念化、設計和建模來制造部件。"

△研究人員3D打印導彈燃料噴射器的光學微結構圖像。 圖片來自印度國家工程院 

改造后的航天部件

在DMRL團隊的PBF實驗中，他們選擇重新設計一個燃料噴射器部件，該部件通常用于導彈或火箭的反應控制系統(tǒng)，為它們提供高度控制。 這些零件由“噴射器”和“環(huán)形”元件以及燃料和氧化劑輸出的三個大孔組成，通常通過CNC加工和EDM生產，然后用EBW融合。  

 據工程師介紹，采用這種方式生產的設備部件大部分都會超重，這極大地影響了性能和效率，同時還必須為其復雜的內部幾何結構提供支撐。 另一方面，通過改用 PBF 并采用 DfAM 方法，DMRL 研究人員能夠將他們的噴射器作為一個打印元件來生產，其新的 66.4° 橫截面使其能夠不受支撐。 在改造中，該團隊還設法升級了零件的流道，去除了低應力區(qū)域的材料，并在底部引入了超輕網格結構。  

工程師們使用IN718鎳合金在EOS-M400DMLS機器在30小時內3D打印了一個燃油噴射器的原型，然后觀察了其SEM圖像，并進行了機械測試。結果發(fā)現該部件具有良好的內部空腔區(qū)域，并被證明是密集構建的，沒有任何主要的孔隙或裂縫來削弱其結構剛性。

 此外，在測試過程中，該裝置表現出 500 至 600 MPa 的抗壓強度，以及令人印象深刻的硬度和抗拉強度特性。 研究小組表示，這些特性優(yōu)于傳統(tǒng)熔煉和鑄造的N718。 因此，研究人員得出結論，他們已經成功證明了他們基于 3D 打印的方法的可行性以及應用于末端燃料噴射器的最終潛力。 然而，他們也表示需要對打印組件進行更多的臺架測試，以評估其零件的功能效率。 進一步的分析有助于確定更好的設備優(yōu)化機會。  

△美國國防機構長期以來一直在試驗導彈的3D打印技術，圖片來自美國國防部

3D 打印在火箭發(fā)射上的應用

 隨著大尺寸金屬 3D 打印機的能力不斷擴大，其航空航天應用也在不斷擴大，世界各地的國防機構對該技術進行了廣泛的測試。 就在去年，在受 DARPA 委托進行的一項研究后，研究機構 ASTRO Americas 提議建立一個高超音速導彈生產設施，該設施可能配備 3D 打印機。 它在美國陸軍研究實驗室的 3D 打印導彈部件項目中得到了 Senvol 及其機器學習軟件的幫助。 使用其專有的人工智能算法，Senvol 已簽署合同開發(fā)靈活的認證程序，它可以應用于任何組件或增材制造系統(tǒng)。 在其他地方，3D 打印還用于制造更廣泛的航空航天領域的推進器。 Agile Space 現在加入了 Launcher 和 Rocket Lab 等長期客戶的行列，并計劃使用增材技術來開發(fā)升級的推進系統(tǒng)。  

研究人員的發(fā)現詳見他們的論文，題為 "3D Printing of FuelInjector in IN718 Alloy for Missile Applications"，該論文由Saride Ramesh Kumar、V. Srinivas、G. Jagan Reddy、M. Raghavender Rao和T. Raghu共同撰寫。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/41517.html