相較于航空領(lǐng)域，航天領(lǐng)域?qū)τ诟邷睾辖鸩考闹圃煲蟾涌量?，呈現(xiàn)出更加復(fù)雜化、薄壁化、復(fù)合化、一體化等趨勢(shì)。以高性能液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室為例，其部件往往暴露在高熱、負(fù)荷等工作環(huán)境中，因此需要進(jìn)行高效率的冷卻。傳統(tǒng)的減材或等材加工技術(shù)無法勝任此類獨(dú)特且巧妙的冷卻系統(tǒng)的制備。

增材制造具有超出傳統(tǒng)鑄造、鍛造制備工藝的成形制造能力，非常適合制備內(nèi)含復(fù)雜內(nèi)流道、多孔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等極難加工的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如火箭推進(jìn)器耐高溫部件、助推器等，對(duì)未來空間探索至關(guān)重要，因此受到全世界的關(guān)注。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴頭是助推器的核心構(gòu)件之一，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，該構(gòu)件由248 個(gè)零部件裝配而成，ArianeGroup 利用增材制造技術(shù)將原來的248 個(gè)組件合并成一個(gè)構(gòu)件（圖3a），克服了傳統(tǒng)加工工藝（鑄造、焊接及鉆孔等眾多復(fù)雜工藝步驟）耗時(shí)和在極端負(fù)荷環(huán)境中存在風(fēng)險(xiǎn)的缺點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了噴嘴頭一體化設(shè)計(jì)。DMRL 研究人員使用增材制造技術(shù)制備了升級(jí)版燃料噴射器（圖3b）。該構(gòu)件采用66.4°橫截面設(shè)計(jì)，升級(jí)了零件的流道，移除了低應(yīng)力區(qū)域材料，在零件底部引入了超輕網(wǎng)格結(jié)構(gòu)增材制造構(gòu)件，其抗壓、抗拉及硬度的測(cè)試結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)制造的IN718 構(gòu)件，展示出增材制造技術(shù)在導(dǎo)彈終端的應(yīng)用潛力。MSFC 利用DLMD 技術(shù)成功制備了IN 625 合金的整體推力室（圖3c），該推力室內(nèi)部形成了完整的通道結(jié)構(gòu)，可用于腔室的通道冷卻噴嘴部分。在主測(cè)試階段，噴嘴的壁溫超過732 ℃，證明DLMD 技術(shù)制備整體推力室的可行性。換熱器是航天設(shè)備長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件，AddUp、Sogeclair 和Temisth合作，通過增材制造技術(shù)成功制備出薄壁（<0.5 mm）沒有泄漏且存在大量薄鰭片（0.15 mm）的IN 718 合金換熱器（圖3d）。該換熱器可確保對(duì)熱量的要求，能獲得與增材制造鋁制外殼相似的質(zhì)量和性能，完美地體現(xiàn)了增材制造技術(shù)在制備復(fù)雜、精密部件領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。EOS 與Hyperganic 合作，通過計(jì)算機(jī)算法和人工智能創(chuàng)建了一件結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的Aerospike火箭發(fā)動(dòng)機(jī)模型。EOS 采用增材制造技術(shù)將其成功制備出來，該發(fā)動(dòng)機(jī)高達(dá)80 cm（圖3e），其長(zhǎng)度只有常規(guī)鐘型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的1/4，質(zhì)量只有航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)的2/3，與喇叭形噴嘴相比，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)使發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高了15%。增材制造技術(shù)自由制造的特點(diǎn)為該新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制掀起了新的熱潮，是火箭推進(jìn)領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。

圖3 激光增材制造的鎳基高溫合金航天構(gòu)件

上述案例均極好地展示了增材制造技術(shù)作為一體化成形方法的巨大優(yōu)勢(shì)。然而，在制備構(gòu)件過程中，除考慮材料可用性、制備質(zhì)量、成本外，還需考慮生產(chǎn)工藝可能構(gòu)建的構(gòu)件尺寸及特征分辨率。根據(jù)粉末輸送方式的不同，商用金屬增材制造設(shè)備可分為2類：基于鋪粉的LPBF 技術(shù)和基于同步送粉/絲的DLMD技術(shù)。前者成形精度高但零件加工尺寸受限；后者則不受尺寸限制但成形精度略低，后期需要進(jìn)行加工以滿足使用需求。