NASA lần đầu tiên đã thử nghiệm thành công vòi phun động cơ tên lửa in 3D làm bằng nhôm, như một phần của dự án nhằm giảm chi phí sản xuất động cơ và trọng lượng động cơ. Vòi phun của động cơ tên lửa cần phải chịu được lượng nhiệt và áp suất cực lớn nên chúng phải được sản xuất theo quy trình phức tạp và hàng nghìn bộ phận. Với động cơ mới, cơ quan vũ trụ đặt mục tiêu giảm chi phí liên quan đến việc khám phá không gian sâu và giảm trọng lượng của tên lửa để có thể mang nhiều trọng tải hơn.
Vào tháng 5 năm 2023, vòi phun động cơ tên lửa in 3D RAMFIRE của NASA đã được thử nghiệm trong môi trường có nhiệt độ cao tới 6.000 độ F (khoảng 3.300 độ C). Hình ảnh: NASA
Để tạo ra vòi phun động cơ tên lửa in 3D, NASA đã phải phát triển một biến thể nhôm vừa phù hợp cho sản xuất bồi đắp vừa có khả năng chịu được điều kiện làm việc căng thẳng của động cơ tên lửa. Vòi phun động cơ là một trong những bộ phận quan trọng nhất của tên lửa, và giống như buồng đốt, nó phải có khả năng chịu được nhiệt độ cực cao do quá trình đốt cháy của động cơ và các sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy tạo ra.
Vòi động cơ này được làm từ nhôm A6061-RAM2 và là một phần của dự án Sản xuất phụ gia phản ứng cho Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (RAMFIRE) của NASA. Dự án này đặc biệt dành riêng cho việc phát triển vòi phun động cơ tên lửa in 3D, tập trung vào việc giới thiệu những thay đổi về thiết kế nhằm tạo ra sự đơn giản và làm mát cho tên lửa.
Đầu phun của động cơ tên lửa là một bộ phận hình chuông nằm ở phía dưới, thường được làm mát bằng nhiên liệu đẩy siêu lạnh chảy qua vòi phun. Điều này được thực hiện bằng cách gia công các rãnh vào thành trong của vòi phun, sau đó chảy ngược vào buồng đốt của động cơ để tạo lực đẩy. Các kênh này yêu cầu hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn bộ phận riêng lẻ, điều này đương nhiên làm phức tạp quá trình sản xuất và tăng thêm chi phí cũng như trọng lượng.
NASA cũng đã tạo ra một khe thử nghiệm được in 3D từ cùng chất liệu với vòi phun của động cơ tên lửa. Bằng cách sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra vòi phun động cơ, NASA và đối tác sản xuất và kỹ thuật dự án RAMFIRE RPM Innovation sẽ có thể tạo ra vòi phun động cơ tên lửa từ một bộ phận duy nhất. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí và đơn giản hóa quy trình kỹ thuật đồng thời làm cho vòi phun nhẹ hơn. Tất cả những điều này đều là những lợi ích to lớn, đặc biệt vì trọng lượng là một trong những hạn chế lớn nhất của tên lửa. Các kỹ sư phải cân bằng cẩn thận trọng lượng, chất đẩy và tải trọng của tên lửa để đảm bảo nó thực sự có thể cất cánh khi phóng.
Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA) tin rằng những tiến bộ trong công nghệ in 3D trong sản xuất các bộ phận động cơ tên lửa sẽ cho phép nó mang được nhiều trọng tải hơn, đặc biệt là trong các sứ mệnh giữa các vì sao. Đối với vòi phun động cơ tên lửa in 3D RAMFIRE, NASA đã thực hiện thành công 22 thử nghiệm, với thời gian thử nghiệm tích lũy là 579 giây hoặc khoảng 10 phút và thử nghiệm nhiệt độ cao tới 6.000 độ F.
Ngoài ra, NASA và RPM Innovation đã tạo ra vòi phun khí dung và bình chứa chất lỏng đông lạnh. Nhôm cho các bộ phận này được sản xuất với sự hợp tác của Elementum3D. Sản xuất bồi đắp để sản xuất tên lửa là một lĩnh vực tương đối mới và công ty tên lửa RelativitySpace có trụ sở tại Long Beach, California đã bắt đầu sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất thùng nhiên liệu, động cơ và các bộ phận khác.