来自相对论空间的3D打印火箭成功提升了整个增材制造行业

美国东部时间2023年3月22日晚上11：25，Relativity Space成功发射了世界上第一枚3D打印火箭，作为该公司名为“祝你好运，玩得开心”或GLHF的飞行测试的一部分。两级，110英尺高的Terran 1火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空部队站的16号发射场起飞，此前曾取消两次发射尝试。

Terran 1是使用世界上最大的金属3D打印机Relativity的机器人定向能量沉积（DED）系统Stargate制造的。总的来说，该车辆由85%的3D打印部件组成。85%是任何商业产品的3D打印部件的重要组成部分，更不用说火箭了。

该事件标志着由Blue Origin校友Tim Ellis和Jordan Noone于2016年创立的Relativity Space的一个里程碑，因为该公司现在可以开始在Terran 1上发射小型有效载荷，理论上能够向低地球轨道运送高达2，756磅的重量。

失败的发射和轨道
成功发射历时七年，最近两次遭遇挫折。3月8日，人族1号在发射台上站了几个小时，然后火箭的第一次发射被擦洗。在3月11日第二次尝试后，天气问题和阶段分离问题再次导致升空受阻。

正如我们的常驻空间3D打印专家Vanesa Listek所详述的那样，失败的发射是该领域的课程，即由于天气条件。瓦内萨 写道：

“在过去30年从肯尼迪航天中心或卡纳维拉尔角空军基地起飞的任务中，48%的灌木丛仅仅是由于恶劣的天气条件。对于许多火箭来说，“不去”的决定也源于干扰发射的技术问题，例如中央推进系统。人族1号就是这种情况…事实是，大量的起飞已经被擦洗了。例如，2020 年 10 月，两枚相隔 36 小时的 SpaceX 猎鹰 9 号火箭背靠背最后一秒发射擦洗，导致埃隆马斯克对佛罗里达州的发射操作进行了“广泛审查”，以提高其发射速度。然后在 2021 年，波音公司第二次尝试将其新的 Starliner 太空舱无人试飞到国际空间站 （ISS），但由于“意外阀门”问题而被擦洗。去年的无人Artemis 1发射由于液氢泄漏而两次推迟。事实上，这个名单还在继续。

在这种情况下，发射成功，但由于第二阶段的“异常”，人族1号火箭无法到达轨道。与实际发射一样，太空领域的失败是司空见惯的事情，以至于美国宇航局的保罗·格拉德尔（Paul Gradl）将失败作为他在2023年增材制造战略（Additive Manufacturing Strategies 2023）上演讲的论文，Space.com 公布了火箭故障的年度清单。

2021 年，Astra Space 的火箭 3 发射导致了毁灭性的旋转，而其 2022 年的火箭 3.3 也失败了。尽管蓝色起源公司已经使用其新牧羊人飞行器为太空游客进行了六次成功的飞行，但由于BE-3主机的故障，使用同一飞行器的无人任务并不成功。SpaceX已经看到它的三个星际飞船原型在火焰中爆炸，埃隆马斯克预测今年发射成功的可能性只有50%。尽管困难重重，但该公司仍在向前迈进。虽然相对论空间无法到达轨道，但它的发射代表了增材制造（AM）行业的巨大成功，特别是在新的空间应用方面。

面向新空间的 3D 打印
SmarTech Analysis的“商业空间中的3D打印：私人空间行业的增材制造生态系统”报告预计，到2026年，私人新空间部门将达到21亿美元。相对论空间已经从马克·库班（Mark Cuban）等公司那里获得了13亿美元的资金，并报告了积压16.5亿美元的客户发射合同，每次乘坐人族1号的价格为1200万美元。然而，其中一些合同实际上是在下一枚火箭Terran R上发射有效载荷，这是一种更大（216英尺高），更强大（44，000磅有效载荷）和可重复使用的车辆，Relativity Space计划最早在明年开始飞行。鉴于以AM为支柱的公司的巨大价值，到2026年21亿美元的收入似乎已经被低估了。

相对论空间的人族1号火箭升空。

相对论远非航天工业中第一个依赖3D打印的。长期以来，AM一直是原型设计，研究和开发的主要内容，其使用缓慢增加，直到达到看似临界质量，许多新的航天公司开始将其用于越来越先进的应用。火箭实验室（纳斯达克股票代码：RKLB）已经发射了33枚带有3D打印发动机的火箭，其中包括最近第一枚来自美国本土的火箭。事实上，主要是来自新空间的需求导致了越来越大和高效的激光粉末床融合（LPBF）金属3D打印机的发布，在我们称之为“激光战争”中发挥了关键作用。

所有这些都表明了增材制造对空间应用的价值。作为以最快的方式生产小批量高价值零件的最佳技术，3D打印是构建空间关键组件的最具成本效益的工艺。在社会上，你看不到比AM更完美的任务。因此，新的航天工业正在蓬勃发展，这在很大程度上要归功于3D打印在生产关键部件方面的关键作用。

超越太空的3D打印
然而，Relativity Space不仅在其Terran 1火箭中3D打印的绝对质量上脱颖而出，还在其制造方法上脱颖而出。DED特别适用于这种大型结构。SmarTech的“DED和大幅面增材制造市场：2021-2030”报告显示，到2026年，特定的增材制造细分市场的收入将达到7.39亿美元。

Relativity Space的Stargate 4th Generation Metal 3D打印机水平而不是垂直移动，将多根电线送入单个打印头。图片由Relativity Space提供。

正如太空研究的其他一切都渗透到工业社会的其他部分一样，相对论空间的技术将影响其他部门。从跳跃中，你可以想象任何在形状、推进力和价值方面类似于火箭的东西都可以通过DED进行3D打印，即导弹。然而，我们还将看到该技术应用于其他大型金属结构，并且由于初创公司已经为其流程开发了自动化生产流程，因此比大型金属制品更有价值。相对论太空公司一直将其技术用于太空以外的路线图，因此我们还可以设想用星际之门及其未来后代生产的潜艇船体和飞机机身。

由于这些原因，不仅相对论和新空间将由3D打印推动，而且增材制造行业和整个制造业也将推动。