增材制造：SpaceX崛起的秘诀

SpaceX被认为是21世纪创新最多的公司之一，随着增材制造(AM)的崛起，Space X也成为最先应用这项技术和应用最多的公司。

增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造（Rapid Prototyping）”、“三维打印(3D Printing )”、“实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) ”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。

SpaceX以往的战绩证明，他们可以实现令人难以置信的壮举: 从成为第一家发射轨道火箭的私人公司开始，到第一个将大型火箭一级助推器垂直地降落在海上驳船的组织 。而这些辉煌背后都离不开AM技术的大规模应用，通过这些尖端技术，Space X不断颠覆人们对传统制造业的认识。

 Space X是如何应用增材制造的？

SpaceX一直是垂直整合的领头羊，因此在生产中越来越多地使用增材制造，以优化工艺并生产传统方法无法制造的零件：这意味着他们从巨大厂房的一端运进原材料，另一端就能下线一枚完全造好的火箭。

反观传统火箭制造，其工艺流程非常复杂，例如，你要先用CAD软件设计一个部件的图纸，然后需要制造复杂的模具，在铸造厂进行试铸，如有必要，还必须对模具进行所需的一次甚至数次改动，最后才能真正开始生产。

而AM则取消了这个流程，因为复杂金属零件的设计和制造可以在SpaceX工厂完成，而不必外包给其他供应商。这种做法降低了成本，保护了公司知识产权不会被外包厂商所侵犯，同时还能进行更严格的质量控制，并缩短了交货周期。

同时，SpaceX一直在评估3D打印的好处，并不断完善研发和制造火箭硬件所需的技术。因此，以创新和效率为核心的太空探索技术公司，如此大规模地将增材制造应用于其主打产品中一点也不让人意外。

SpaceX使用了哪些技术？

SpaceX利用了激光直接烧结金属技术 (Direct Metal Laser-Sintering，缩写DMLS）。这种技术被称为3D打印技术领域王冠上的明珠。该技术因为直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积，同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠，以生成致密的几何形状的实体零件。而金属本身是致密体重熔，不易产生粉末冶金那样的成形时的空穴，结构件致密度可达99％以上，接近锻造的材料胚体。

DMLS激光直接烧结金属成型技术的特点：

1. 激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度不低于原基体材料的95％；

2. 对基材的热影响较小，引起的变形也小；

3. 材料范围广泛，如镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合材料等，可满足工件不同用途要求，兼顾心部性能与表面特性；

4. 熔覆层及其界面组织致密，晶粒细小，无孔洞，无夹杂裂纹等缺陷；

5. 可对局部磨损或损伤的大型设备贵重零部件、模具进行修复，延长使用寿命；

6. 熔覆工艺可控性好，易实现自动化控制；

7. 对损坏零部件，可实现高质量、快速修复，减少因故障停机时间，降低设备维护成本；

8. 常用熔覆层硬度范围HRC30~60，超高硬度要求的可达HRC65~75，熔敷层厚度范围0.1~10.0mm；

9. 可对金属部件进行直接生产制造。

当然，SpaceX打印出来的产品也要经过冷却循环。

Super Draco引擎燃烧室

Super Draco火箭是为紧急逃生而设计的，以应对火箭第一级发生爆炸，发射失败时安全逃生之用。Super Draco火箭必须能瞬间让乘员舱推力增加到难以置信的12万磅来脱离爆炸的助推器。

而Super Draco的引擎燃烧室是用铬镍铁合金3D打印出来的，这是一种航空航天工业中用于高应力部件的超耐热高应力耐蚀合金。打印出来的部件接受了各种测试，例如多次启动，高温和延长的点火持续时间等等。这些测试证明，发动机舱已准备好用于载人飞行的Dragon 2（龙飞船2号）。

主氧化剂阀体

2014年，猎鹰9号火箭的一个Merlin 1D发动机安装了一个3D打印的主氧化剂阀(MOV)体，该组件成功地经受了超高压和高振动下的低温温度测试。最令人称奇的是，它仅用了2天就制造完成，与传统模具制造和铸造所需的2个月典型周期相比，这真是一个创纪录的时间。经过各种测试和资质认证后，3D打印的这个组件被允许用来替换所有猎鹰9号上的铸件。

由于SpaceX愿意采用新技术，这些关键组件的应用只是AM所统治的未来的第一步。只要有利于降低成本这个最终目标，SpaceX的库存中就会有越来越多的零部件会使用这些技术。随着技术的成熟，这类技术的应用也将继续扩大，SpaceX等公司的任何技术发展都会渗透到其他行业。

有了SpaceX的AM火炬，这项技术的未来看起来一片光明。