也許，最能體現(xiàn)3D打印技術(shù)制造能力的要算是其在發(fā)動機領(lǐng)域方面的應(yīng)用了。迄今為止，天工社已經(jīng)報道了有人使用塑料3D打印小型發(fā)動機的仿真模型，甚至有公司使用市場上最先進(jìn)的金屬3D打印機打印出實際的噴氣式發(fā)動機。事實上，就在一周前，我們就報道了澳大利亞莫納什大學(xué)的研究人員3D打印了兩臺小型的金屬噴氣式發(fā)動機。
毫無疑問，世界上一些最好的工程師正在致力于改變發(fā)動機的制造方式。來自美國新澤西州的Graham Sortino就是這樣一位工程師。他一直默默地開發(fā)據(jù)認(rèn)為是世界上第一個完全開源的液體燃料火箭發(fā)動機，而且最重要的是，它是完全可3D打印的。
Sortino之所以決定使用3D打印來打造他的發(fā)動機，是因為這能夠使他快速修改設(shè)計，以及以比傳統(tǒng)制造便宜得多的方式制造出所需的部件。
這里稍微介紹一下，液體燃料火箭發(fā)動機主要使用液體燃料和氧化劑，如液氧，存儲在兩個單獨的罐里來推動火箭前進(jìn)。雖然液體燃料發(fā)動機要比依靠固體推進(jìn)劑的發(fā)動機更為復(fù)雜，但是它還是有幾個獨有的優(yōu)勢的。比如，液體發(fā)動機只需通過簡單地控制燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的流動即可實現(xiàn)減速。而且啟動和停止這樣的發(fā)動機也更容易。
Sortino使用一塊Arduino Uno電路板來做發(fā)動機的控制系統(tǒng)，而發(fā)動機部件則可以很容易地用金屬材料3D打印出來。這使得別人很容易就能對其開源部件設(shè)計進(jìn)行修改。據(jù)了解，目前Sortino的發(fā)動機設(shè)計已經(jīng)能夠精確地控制燃料的流動以及在發(fā)動機內(nèi)實現(xiàn)再生冷卻。
整個裝置由三個主要部分組成：點火器、噴油器和主機體，所有這些都是由Shapeways和ExOne公司3D打印的。
“點火器是由Shapeways打印的，然而，噴射器和發(fā)動機的打印則是由ExOne公司完成的。”Sortino解釋說：“我相信（99％地確定）Shapeways把不銹鋼/青銅材料的3D打印分包給了ExOne。我使用ExOne打印某些部分的原因是因為當(dāng)時他們的價格便宜一點，而且他們在設(shè)計過程中也給了我一些幫助。 目前，我主要根據(jù)要制造的部件的成本、復(fù)雜性和周轉(zhuǎn)時間在ExOne和Shapeways之間來回切換。”
已完成的發(fā)動機已被設(shè)計為以150PSI的壓力噴出GOX /乙醇I，并產(chǎn)生50磅推力，雖然目前它還很難產(chǎn)生足夠的推力，但畢竟發(fā)動機成功地點火了，而且Sortino也從發(fā)動機的首次測試中獲得了大量經(jīng)驗，這樣他可以在未來對設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。
Sortino主要是由不銹鋼和青銅的混合材料來3D打印發(fā)動機部件，主要是因為這種混合材料具有足夠的硬度和高導(dǎo)熱性。另外，所有零件的3D打印成本是相當(dāng)?shù)氐模?D打印點火器花了Sortino 60美元、3D打印噴油器80美元，而發(fā)動機則是260美元，整個下來總共只需400美元！就搞了一個火箭發(fā)動機！
“我的目標(biāo)是繼續(xù)改進(jìn)設(shè)計，使它成為一臺真正的再生冷卻式發(fā)動機，并且盡可能地降低3D打印成本和開源整個設(shè)計。”Sortino解釋說，“我想把整體制造成本降到200美元以下，這將是一個顯著的成就，因為目前少于1000美元幾乎不可能買到真正的液體火箭發(fā)動機。”
最終Sortino希望利用3D打印在復(fù)雜設(shè)計方面的優(yōu)勢，改進(jìn)火箭發(fā)動機的設(shè)計。此外，他也想對外界揭開這種發(fā)動機復(fù)雜性的神秘面紗，甚至獲得一份在像SpaceX這樣的公司工作的機會。
“盡管其他人（SpaceX/NASA）最近3D打印出了火箭發(fā)動機，但我敢肯定，我是第一個（或唯一的）開源火箭發(fā)動機設(shè)計的人。”Sortino說：“一個很大的原因是，由于ITAR（指《國際武器貿(mào)易條例》）的要求，在線發(fā)布火箭發(fā)動機的信息會引起很多關(guān)注。當(dāng)初開源的四軸飛行器社區(qū)剛開始時也碰到了類似的問題。不過，對于以開源的形式發(fā)布這些信息，我確實收到了來自美國國務(wù)院的許可（和一些小的警告），這也是我為什么能夠這么做的原因。”
有視頻有真相，下面是Sortino兩次發(fā)動機測試的視頻：
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