Den här veckan testade europeiska ingenjörer hot-fire en helt 3D-printad tryckkammare som en dag kan driva de övre stegen för raketer. Kammaren har bara tre delar, och konstruerades med additiv lagertillverkning, ett annat namn för 3D-utskrift.
Detta eldningstest varade i 30 sekunder och genomfördes den 26 maj 2020 på DLR German Aerospace Centers Lampoldshausen testanläggning. Europeiska rymdorganisationen sa att ytterligare tester är planerade till nästa vecka.
Denna fullskaliga demonstrator av en tryckkammare för en raketmotor i övre steg, kallad ETID eller Expander-cycle Technology Integrated Demonstrator, är 3D-utskriven. Kredit: ESA.
Produktionen och testerna av dessa raketmotorkomponenter har utförts inom ESA:s Future Launchers Preparatory Program, och under det senaste året har minst tre konfigurationer av förbränningskammargeometrier och konstruktioner testats. Kamrarna är fullskaliga och har en 3D-printad kopparliner med integrerade kylkanaler och en höghållfast mantel. Dess grenrör och injektorhuvud i ett stycke är också 3D-printade.
De fullskaliga demonstratormodellerna av tryckkammaren kallas ETID eller Expander-cycle Technology Integrated Demonstrator. säger ESA dessa 3D-printade modeller innehåller de senaste framdrivningssystemens design och hjälper till att bevisa ny teknik, material och tillverkningstekniker som erbjuder högre prestanda till lägre kostnad för framtida bärraketer.
De 3D-tryckta designerna har varit i produktion sedan 2018 och 2019, ingenjörer utförde 23 tester för en total drifttid på 2 707 sekunder. Under testet nåddes 49 olika driftspunkter, vilket förde olika testnivåer till 'extremiteter' - som att öka flödet av kallt väte i systemet och därför 'överkyla' hårdvaran under drift. Flödet av kallt väte har också effekten att kyla hårdvaran, hålla temperaturen inom rimliga gränser under drift.
En demonstrator för motorteknik integrerades i vakuumkammaren P3.2 vid DLR German Aerospace Centers testanläggning i Lampoldshausen för de sista heta brandtester som slutfördes i maj 2019. Kredit: ESA
ESA sa att under testerna denna vecka testades också två olika injektorhuvuden, inklusive en helt 3D-printad version, samt ett regenerativt munstycke som optimerar motorcykeln genom att maximera värmeupptagningen.
Additive layer manufacturing (ALM) är motsatsen till subtraktiv tillverkning, där material avlägsnas och bearbetas för att nå önskad form. I ALM byggs 3D-delar upp i successiva lager av material under datorstyrning. Medan 3D-utskrift tidigt användes främst för snabb prototypframställning, används den nu ofta för att tillverka färdiga delar för flyg- och bilsektorn.
ETID designades och tillverkades av ArianeGroup (Tyskland), GKN Aerospace (Sverige), Safran Aero Boosters (Belgien), Aerospace Propulsion Products (Nederländerna) och Carinthian Tech Research (Österrike), och testades av DLR Lampoldshausen.
Flera andra företag runt om i världen 3D-printar och testar olika delar till raketer, bl.a Relativitetsutrymme (se timelapse-videon nedan av en raketbränsletank som skrivs ut), och AI Space Factory.
För mer information om 2020 års tester, se denna ESA-webbsida.