Конструкторы NASA использовали 3D-принтер для печати турбины, входящей в состав ракетного насоса. Испытания двигателя с отпечатанной турбиной были проведены в Центре космических полетов имени Маршалла, расположенного в Хантсвилле, штат Алабама.

Конструкторы уже давно оценили преимущества, которые дает технология объемной печати. Главный вопрос целесообразности применения данной технологии на практике состоял в том, сможет ли 3D-печать обеспечить необходимую прочность и надежность изготавливаемых деталей.

Rolls-Royce стала одной из первой печатать турбины на 3D-принтере. Такую позицию компании официально подтвердил директор департамента технологических стратегий Хеннер Вапенханс, когда в 2013 корпорация начала изготавливать методом 3D-печати элементы для авиадвигателей. Теперь и NASA решила использовать объемную печать для изготовления металлических элементов двигателей.

Топливный насос является одним из важнейших блоков ракетного двигателя РН. В свою очередь, центральным элементом топливного насоса является турбина, которая нагнетает сжиженный водород, вращаясь со скоростью около 95 тысяч оборотов за минуту. Температура подаваемого топлива равна -240º C, а сгорает водород в реактивной струе при температуре 3300º C. Неудивительно, что в таких условиях турбина, как и другие элементы конструкции, подвергается значительным нагрузкам и быстро выходит из строя.

Чтобы изготовить турбину насоса обычными методами, необходимо использовать сложное и высокоточное оборудование. Технология 3D-печати позволяет значительно облегчить создание турбины, уменьшив количество составных элементов почти вдвое, и добиться сокращения сроков изготовления топливного насоса.

Специалисты NASA для создания турбины используют технологию лазерного спекания порошкообразных металлов. Для этого порошок впрыскивают в кокиль и сплавляют слой за слоем в единую деталь при помощи импульсного лазера, работающего под управлением компьютеризированного модуля управления. После этапов закаливания и окончательной полировки турбина собирается в единое целое из отдельных напечатанных компонентов.

При проведении испытаний ракетного двигателя, состоящих из 15 независимых тестов, турбина уверенно отработала с полной нагрузкой, подавая более 4,5 тысяч литров топлива в минуту, что позволило вывести двигатель на запланированную тягу в 15,8 тысяч кгс.

По словам одного из инженеров NASA, на протяжении последних двух лет при помощи объемной печати они создали ряд таких элементов двигателя как инжекторы, клапаны и топливные насосы, которые хорошо показали себя в ходе последующего тестирования. По оценкам специалистов, если бы подобные конструкционные элементы создавались обычными методами, им пришлось бы потратить в несколько раз больше времени.

В связи с предстоящей миссией на Марс NASA планирует в ближайшее время сконструировать ракетный двигатель, который будет работать на смеси кислорода и метана. Такой вид топлива выбран из соображений практической целесообразности, поскольку и метан, и кислород можно добыть непосредственно на Марсе. В новом двигателе найдется место деталям, изготовленным при помощи объемной печати. Впрочем, сотрудники NASA рассматривают возможности 3D-печати в предстоящей миссии в более широком ракурсе, ведь с ее помощью множество необходимых деталей можно будет изготовить прямо на месте, что позволит взять с собой более важный для предстоящей миссии груз.