3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的下一個(gè)十年拼什么？量產(chǎn)！

十年前，如果有人說(shuō)要用3D打印制造整枚火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，很多人將會(huì)質(zhì)疑。

懷疑的理由也很現(xiàn)實(shí)，3D打印的零件強(qiáng)度夠嗎？可靠性有數(shù)據(jù)支撐嗎？發(fā)射時(shí)的振動(dòng)和最大載荷能承受嗎？誰(shuí)來(lái)為整枚火箭負(fù)責(zé)？

十年后，3D打印在航天領(lǐng)域的敘事，早已從對(duì)強(qiáng)度存疑，發(fā)展到能做大、能可靠量產(chǎn)的階段。

近日，3D打印技術(shù)參考注意到一組讓行業(yè)內(nèi)外都很驚訝的數(shù)據(jù)，航天企業(yè)Rocket Lab的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射量已經(jīng)超過(guò)了800臺(tái)，2026年底更要突破1000臺(tái)。

這一數(shù)字，結(jié)合我國(guó)商業(yè)航天快速發(fā)展的大背景，意味著3D打印或?qū)⒃诤教祛I(lǐng)域迎來(lái)一個(gè)量產(chǎn)化的新時(shí)代。

Rocket Lab 3D打印制造的發(fā)動(dòng)機(jī)（左為盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)）

從1到1000

3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)的量產(chǎn)之路

盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)是Rocket Lab的起家產(chǎn)品。相信很多人都對(duì)Rocket Lab創(chuàng)始人雙手將其抱起的畫(huà)面印象深刻，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)小的有些“不起眼”。

但正是這臺(tái)“小”發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造了行業(yè)歷史。它是全球首款采用電動(dòng)泵壓式循環(huán)和3D打印所有主要部件的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。其燃燒室、噴射器、泵和主推進(jìn)劑閥，均采用增材制造工藝生產(chǎn)。

3D打印技術(shù)參考查詢到，這家公司已超過(guò)800臺(tái)的發(fā)射量，始于2018年的首次軌道發(fā)射。

這是一個(gè)非常夸張的數(shù)字，意味著接下來(lái)平均每年超過(guò)100臺(tái)。這個(gè)產(chǎn)量在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域是極為罕見(jiàn)的。

更值得關(guān)注的是，它的產(chǎn)量在加速。筆者注意到其去年公布的數(shù)據(jù)是每年生產(chǎn)量超過(guò)200臺(tái)，這意味著后期無(wú)論在產(chǎn)量還是效率方面都得到了顯著提升，之前的發(fā)射量是不足每年100臺(tái)的。

其創(chuàng)始人彼得·貝克表示，Rocket Lab投資3D打印技術(shù)的核心戰(zhàn)略在于注重它的量產(chǎn)能力，而非單純的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性。

在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)計(jì)劃中，企業(yè)通常急于推出可行的產(chǎn)品，隨后不得不耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與迭代測(cè)試，才能達(dá)到預(yù)期性能，大規(guī)模可靠量產(chǎn)更是無(wú)從談起。

而Rocket Lab的目標(biāo)是從設(shè)計(jì)之初就為量產(chǎn)鋪路。當(dāng)年的金屬3D打印機(jī)最大成型尺寸也就400mm左右，它的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)也只能限制在這個(gè)可打印尺寸之內(nèi)。

結(jié)果就是，單臺(tái)盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)的推力只有大約2噸，直徑250mm，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每枚火箭一級(jí)要安裝9臺(tái)才能執(zhí)行任務(wù)，這與我們?nèi)粘？吹降暮芏?5噸和120噸的發(fā)動(dòng)機(jī)完全不在一個(gè)量級(jí)。其瞄準(zhǔn)的是小型衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)，優(yōu)勢(shì)在于靈活和快速響應(yīng)，就像是小型專車(chē)。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)“足夠簡(jiǎn)單”時(shí)，3D打印快速制造的優(yōu)勢(shì)就被充分發(fā)揮出來(lái)。Rocket Lab利用3D打印技術(shù)建立了一條高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)線，能持續(xù)大量地生產(chǎn)出質(zhì)量一致的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件或整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。

這種以“小推力+多臺(tái)并聯(lián)+3D打印量產(chǎn)”的模式，讓Rocket Lab在8年左右的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行了83次發(fā)射任務(wù)（截止到2026年3月5日），2026年的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射數(shù)量將超過(guò)1000臺(tái)。

Rocket Lab表示2025年發(fā)射任務(wù)100%成功

量產(chǎn)模式

復(fù)制到可重復(fù)使用大推力發(fā)動(dòng)機(jī)

作為航天領(lǐng)域第一批使用3D打印技術(shù)取得成功的航天公司，Rocket Lab的新目標(biāo)瞄準(zhǔn)的是可重復(fù)使用的中子號(hào)中型運(yùn)載火箭，并為其開(kāi)發(fā)了新型的阿基米德發(fā)動(dòng)機(jī)。

阿基米德發(fā)動(dòng)機(jī)采用了3D打印的渦輪泵殼體、推力室、預(yù)燃室組件、閥體和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件，質(zhì)量超過(guò)90%。

中子號(hào)火箭第一級(jí)搭載9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低重復(fù)使用目標(biāo)為20次發(fā)射。在全功率運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生74噸的推力。火箭二級(jí)采用與一級(jí)相同的核心組件設(shè)計(jì)，同樣具備可重復(fù)使用能力。

3D打印技術(shù)參考了解到，這款發(fā)動(dòng)機(jī)已在去年成功進(jìn)行全任務(wù)過(guò)程試車(chē)，涵蓋瞬態(tài)啟動(dòng)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和關(guān)機(jī)性能驗(yàn)證。

Rocket Lab已經(jīng)將盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到這一新項(xiàng)目上。

貝克表示，“我們所有的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施都與發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)同步搭建。我們組建了一支經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì)、搭建了生產(chǎn)線，并完善了測(cè)試設(shè)施，為阿基米德發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期量產(chǎn)提供全方位保障。”

為滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求，Rocket Lab與尼康SLM Solutions公司簽署了諒解備忘錄，將引入超大型金屬增材制造平臺(tái)。這意味著它將可以制造更大尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，實(shí)現(xiàn)更多的部件集成及優(yōu)化，也將進(jìn)一步提升產(chǎn)能。

該協(xié)議既體現(xiàn)了Rocket Lab在增材制造領(lǐng)域的投入規(guī)模，也反映了大型激光粉末床熔融技術(shù)在航空航天制造流程中日益重要的作用。

3D打印制造800臺(tái)甚至1000臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，這是該技術(shù)在航天領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。如果十年前看到彼得·貝克那句“投資3D打印看中的是它的量產(chǎn)能力而非技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性”，多少都會(huì)覺(jué)得是技術(shù)幻想；但Rocket Lab確實(shí)用十年時(shí)間走通了這條路。

下一個(gè)十年正在發(fā)生的一個(gè)事實(shí)是，越來(lái)越多的金屬3D打印設(shè)備商已經(jīng)在承接民營(yíng)航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造任務(wù)，而不再局限于頭部的一兩家企業(yè)。這體現(xiàn)出需求量的快速增長(zhǎng)，高效量產(chǎn)的能力越來(lái)越重要。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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