60天造个火箭给你玩玩,你想要不?

阅读  ·  发布日期 2018-04-08  ·  金人网络

60天。

两个月,你觉得什么东西能60天造出来?

嗯,可以是一整套定制整体衣帽间,也可以是一座楼。但是生产一艘火箭,你觉得可能吗?

这家总部位于洛杉矶的创业公司 Relativity Space 说,我能。

这家公司说,从火箭原材料生产到最终发射, 60 天可以完成。(当然,不包括设计环节。。)他们还想把火箭95%的零件都给3D打印了。

到底怎么发生的?如果说,3D打印连火箭都能打印了,还能有啥不可能打印的吗?他们怎么做到的...

产品:先打个火箭引擎

“空间的未来需要更快,更便宜,更灵活的火箭生产和发射,而传统方法根本无法实现。”


60天造个火箭给你玩玩,你想要不?

(Aeon 1引擎,图片来自Relativity Space官网)

今年3月底,Relativity Space 公司在NASA密西西比州的斯坦尼斯航天中心进行了引擎的发射测试。这个被命名为“Aeon 1” 的引擎,就是3D打印出来的。

再来个近图给你看看,看看有啥区别。

60天造个火箭给你玩玩,你想要不?

(图片来自Relativity Space官网)

从表面上看,是不是很光滑?这是因为在3D打印过程中一次成型,表面减少了很多气泡、杂质,所以看起来会有光滑的感觉。

从性能上看,这个引擎由甲烷和液态氧提供动力,产生超过 1.5 万磅的推力,以毫秒为单位达到全推力。更关键的是,它少于100个零部件,要知道,正常的火箭引擎大概在1000多个零部件。就这一点,就大大节省了火箭的制造周期。

Relativity Space 的创始人Tim Ellis 说,生产过程通过定制的软件,硬件和专有金属合金相结合,将火箭零件数从10万件减少到1000,这大大减少了火箭制造过程中数量级的人力和时间。

嗯,100000变成1000,装配工程师都不知少多少啊……

为什么可以减少这么多零部件呢?

“一次成型”。得益于在计算机中先设计出模型,然后3D打印机会把材料层叠起来形成最终产品,不像过去火箭常规生产流程中,要有各种小型零件的打模,生产,然后组装。

但减少零部件只是表面的优势,更大的优势还是提高火箭发射成功率。Fusion Fund 创始人和管理合伙人张璐告诉密探,3D 金属打印的优点是,更高的集成度,致密性更好。在很多航天器件上,传统生产零件在组装时可能会有摩擦,导致不契合的问题。哪怕一点棱角摩擦,都会出现致密性问题,这样会影响发射和回收。“当然,如果3D打印过程中有泡沫、杂质的话,晶体的致密性同样会受到影响。” 

可能你会好奇,如果真要打印火箭,打印机在哪里?

Relativity Space 公司专门设计了被称为“世界上最大的金属3D打印机”的 Stargate 3D 打印机。这机器长什么样子呢?一个普通人站在旁边比较一下,就可以看出来这台打印机有多大了。

60天造个火箭给你玩玩,你想要不?

(图片来自Relativity Space官网)

Relativity Space 公司还表示,基于打印材料的强度和晶粒结构,用于发动机舱部件的金属会比没有使用3D打印的类似合金强20%,并具有更高的延展性。

按照 Relativity Space 的期待,这个引擎最终将搭载在公司命名为 Terran 的廉价火箭上,而 Terran 火箭 95%以上的主要元件都可以由3D打印完成。Terran 能够将 1250 公斤的重物送入近地轨道,并在2021年尝试商业发射。

最近,Relativity Space 刚完成了B轮3500万美元的融资,投资方包括Playground Global,硅谷著名风投Social Capital,还有世界知名孵化器 Y Combinator。

行业:多家创业公司尝试3D打印

打印火箭确实很酷,但并不是只有 Relativity Space 一家在尝试用3D打印火箭。

2014年初,我们都熟知的钢铁侠马斯克的另一家公司 SpaceX ,发射的 Falcon 9 里面就有用3D打印出来的发动机舱,这也是3D打印部件首次用于航天器的关键区域。

有意思的是,Relativity Space 公司CEO Tim Ellis 之前就在亚马逊创始人贝佐斯另一家太空公司蓝色起源(Blue Origin)工作。在蓝色起源担任工程师时,Tim 就是负责公司内部的金属3D打印。创始人Tim 认为,航空航天领域最前沿的两家公司 Blue Origin 和 SpaceX 都没有把这项技术做更进一步推广,于是,自己才出来创立了 Relativity Space。

“让火星上有 3D 打印的火箭”,从 Relativity Space 成立的第一天起,就是公司的目标。

另一家新西兰商业化的航天公司 Rocket Lab,也在今年宣布用3D打印技术打印一款名为 Rutherford 的引擎,并计划到2018年底打印出100个引擎。

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( Rutherford 引擎)

位于硅谷的创业公司 Bagaveev Corporation 在2015年就尝试 3D 打印发动机,它能够为3吨的火箭提供动力。这种火箭是设计携带10-12公斤地轨和太阳同步的纳米卫星的。

谁能在这个行业胜出?在张璐看来,Relativity Space尝试的是携带1250公斤的货物送入轨道,这与SpaceX 重达6.4万公斤的 Falcon 重量相比,数字并不是一个量级的,所以并不能说Relativity Space 和 SpaceX 公司是竞争对手。火箭发射行业有不同的发射维度,每个维度所需的技术也有差异。

确实如此,按照 Relativity Space 的设想,Terran 1的价格会低于火箭市场的中间价格1000万美元。纵观当前商用火箭市场,既有造价从200万到500万美元的轻型火箭,其中参与者就有上面提到的Rocket Lab;以及由SpaceX、Blue Origin 等希望建造的从6200万到4亿美元的重型火箭。Terran 恰好就切在了一个中间档位,主要针对的就是将商业电信卫星发射到低轨道上。

可以说,3D打印加速在火箭发动机和助推器方面的突破,无论是商业公司,还是国家层面。

去年12月,NASA 对迄今为止最大的3D印刷火箭的发动机部件—— Pogo蓄电池组进行了测试,这款蓄电池起到了相当于减震器的作用。仅这一项,NASA 就能够节省35%的成本和80%的制造时间。因此,美国国家宇航局希望未来包含越来越多的3D打印元件,但每个测试都基于以前的测试,确保安全性。我国工信部也希望推动增材制造(3D打印)在航空航天、船舶、汽车、医疗、文化、教育等领域实现规模化应用。

3D打印未来:在航空和医疗大量应用

说起3D打印,你会想到什么好玩的产品?

手机壳?玩具?还是啥?

其实耐克已经打印鞋子了……谁上脚穿过说说感觉?

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(Nike用3D打印的鞋子)

确实,不少人还停留在3D打印各种好玩产品初样的阶段。但从2015年3D打印风风火火的时候,到现在看似不温不火,其实是3D打印产业经历的摸索、成长期。

张璐告诉密探,3D 打印火起来的时候,更多是2C的打印,一些消费级的打印机确实适合一些创客(makers)进行产品初样的制造。但是,这对3D打印整个行业来说,需求并不足够。消费级的打印,可使用的材料有限,导致产品致密性有限,最后成品偏差可能也会比较高,这对一些高端产品来说,无法达到工业标准要求。

但总体来说,工业界对3D打印的需求是在快速上升的。张璐认为,军工航天航空和医疗,会是未来3D打印需求很大的两个行业。

全球在线3D打印服务平台 Sculpteo 就在2017年《3D打印状况》报告中指出,从创业公司到全球大型工业企业,当前主要利用3D打印的行业包括消费级产品(17%)、工业制品(17%)、高科技(13%),还有医疗健康(7%)。

比如,医疗器械一般都拥有很多小件的元件,很多是需要高度精确性的零件,但医疗行业是更为特殊材料的打印,并不像航天航空领域是金属材料的3D打印了。

因此,这也对整个3D打印提出了要求:在硬件层面的,需要打印机越来越精细,比如打印头的精细度要越来越高,否则就像消费级的产品一样,无法达到工业对最终成品的要求。同时,张璐认为,这也对3D打印材料的多样性提出了要求。