當3D打印的高性能零件似乎還沒有來到我們的生活中的時候，這一技術卻已經創(chuàng)建效率更高的航天器，“獵戶座”飛船，是NASA的新型宇宙飛船。是由洛克希德·馬丁公司負責設計和建造的飛船。實際上由兩個飛行器構成，它們分別是：載人探測飛船(CEV)和貨物運載火箭(CLV)?！矮C戶座”飛船內部空間比阿波羅飛船大2.5倍，最多可容納6名宇航員。

本期，一起來近距離了解含100個3D打印零件的“獵戶座”飛船的來龍去脈。

宇宙探索

打開探索極限的極限大門

“獵戶座”飛船一直在以指數級增長速度使用增材制造技術。根據洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）和美國國家航空航天局（NASA）最近宣布的信息，目前已完成為Artemis I任務開發(fā)的“獵戶座”飛船使用了100個3D打印零件。而在執(zhí)行Artemis II任務的航天器中，洛克希德公司已開發(fā)了近200個3D打印部件。

“獵戶座”乘員艙模塊

2018年9月，美國國家航空航天局（NASA）與洛克希德（Lockheed）簽訂了生產和運營6個“獵戶座”（Orion）航天器飛行任務的合同。最初，美國國家航空航天局以27億美元的價格訂購了三架“獵戶座”飛船，在2022年，該機構計劃以19億美元的價格再訂購三架“獵戶座”飛船，到2030年，根據IDIQ合同，最多可再訂購六架“獵戶座”飛船，利用前六個任務的航天器生產成本數據來實現最低的單價。

“獵戶座”飛船上使用的金屬3D打印技術

采用3D打印技術，可以有效的降低包括“獵戶座”飛船在內的開發(fā)成本和進度效率，并以此方式實現洛克希德的技術進步要求，并且3D打印技術還旨在使得航天器更有效地獲得重用，3D打印更具成本競爭力，并能更快地交付具有更好技術性能的航天器。

3D打印的“獵戶座”飛船對接艙口蓋由PEKK熱塑性塑料制成。來源：洛克希德 

一個典型的例子是洛克希德3D打印的接艙口蓋可以節(jié)省成本，此外，得益于新型的ESD兼容高分子材料（一種防靜電塑料），3D打印還實現了更多的技術性能。

除了降本增效，3D打印還可以實現很多傳統(tǒng)上難以生產的零件，例如經過質量優(yōu)化的結構支架和可在整個機艙內引導氣流的管道。洛克希德還3D打印了不同的墊片（在座椅邊緣和宇航員臀部之間的部分），并且根據使用它的宇航員而設計出各種尺寸的墊片。

不過，除了降本增效，一個普遍關心的問題是3D打印零件可以承受太空中最嚴酷的環(huán)境條件嗎？

洛克希德經過多年的實踐而得出的鑒定結論是3D打印的零件可以承受嚴酷的環(huán)境條件。2011年，洛克希德發(fā)布了有史以來第一個3D打印零件，現在這些零件還在正常使用。而在未來的載人任務中，洛克希德將進一步強調這些驗證零件的重要性。這一點不僅僅基于測試，還基于經驗。

當然，激發(fā)3D打印潛力，這其中設計是非常重要的。

洛克希德生產了許多不同的零件，這些零件幾乎具有仿生學的形狀結構，仿生學的應用在重量和可生產性方面都針對強度進行了優(yōu)化，這種靈感隨處可見，包括對于人體骨骼的模仿就被應用到洛克希德已經完成的一些結構性支架，

這激發(fā)了更多的想像空間，3D打印在能夠將大量零件組合成一個零件，消除了許多緊固件和焊接的需求，并減輕了重量，這對于飛船來說是非常重要的進步。設計師正在使用創(chuàng)成式設計，創(chuàng)成式設計與3D打印的結合可以說是相輔相成。航天器的某些部分無法通過其他技術來完成，例如空心的復雜零件，這些零件通過創(chuàng)成式與3D打印的結合以不可思議的方式被創(chuàng)造出來。

在3D打印技術的作用下，洛克希德力爭將成本降低 50％。去年，洛克希德的整個空間部門3D打印了大約6,500個零件。并且對3D打印技術的可持續(xù)性感到非常自豪。塑料產品可以根據需要進行回收和再利用，粉末床工藝非常高效，從材料的角度來看，3D打印技術是非?？沙掷m(xù)且具有成本效益的。洛克希德發(fā)現經?？梢酝ㄟ^3D打印將材料的浪費控制在低于5％的水平，而當將其與某些減材和傳統(tǒng)制造應用進行比較時，這些數字會完全翻轉，有時候傳統(tǒng)制造技術甚至會產生高達90％的材料浪費。

“獵戶座”飛船是目前唯一一個真正的探索級航天器的航天器。它與眾不同，具有前所未有的獨特功能，而3D打印正在為“獵戶座”飛船探索更多極限。