NASA heeft voor het eerst met succes een 3D-geprint raketmotormondstuk van aluminium getest, als onderdeel van een project gericht op het verlagen van de productiekosten van de motor en het motorgewicht. Raketmotorsproeiers moeten enorme hoeveelheden hitte en druk kunnen weerstaan, dus moeten ze worden vervaardigd met behulp van complexe procedures en duizenden onderdelen. Met de nieuwe motor wil het ruimteagentschap de kosten die gepaard gaan met diepe ruimteverkenning verlagen en het gewicht van de raket verminderen, zodat deze meer ladingen kan vervoeren.

In mei 2023 werd NASA's RAMFIRE 3D-geprinte raketmotormondstuk getest in een omgeving met temperaturen tot wel 6.000 graden Fahrenheit (ongeveer 3.300 graden Celsius). Afbeelding: NASA

Om een ​​3D-geprint straalmotormondstuk te maken, moest NASA een aluminium variant ontwikkelen die zowel geschikt was voor additive manufacturing als bestand was tegen de stressvolle werkomstandigheden van een raketmotor. Het motormondstuk is een van de belangrijkste componenten van een raket en moet, net als de verbrandingskamer, bestand zijn tegen de extreme hitte die wordt gegenereerd door de verbranding van de motor en de bijproducten van de verbranding.

Dit motormondstuk is gemaakt van aluminium A6061-RAM2 en maakt deel uit van NASA's Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution (RAMFIRE) project. Dit project is specifiek gericht op de ontwikkeling van 3D-geprinte raketmotorstraalpijpen, met de nadruk op het introduceren van ontwerpwijzigingen om eenvoud en koeling van de raket mogelijk te maken.

Het mondstuk van een raketmotor is een klokvormig onderdeel aan de onderkant dat doorgaans wordt gekoeld door superkoud drijfgas dat door het mondstuk stroomt. Dit wordt bereikt door kanalen in de binnenwand van het mondstuk te bewerken, die vervolgens terugstromen in de verbrandingskamer van de motor om stuwkracht te creëren. Deze kanalen vereisen honderden of zelfs duizenden individuele componenten, wat uiteraard het productieproces bemoeilijkt en de kosten en het gewicht verhoogt.

NASA heeft ook een 3D-geprinte testtank gemaakt van hetzelfde materiaal als het mondstuk van de raketmotor. Door gebruik te maken van 3D-printtechnologie om het motormondstuk te maken, kunnen NASA en zijn RAMFIRE-projectengineering- en productiepartner RPM Innovation het raketmotormondstuk uit één stuk maken. Dit verlaagt de kosten aanzienlijk, vereenvoudigt het engineeringproces en maakt de spuitmond lichter. Dit zijn allemaal enorme voordelen, vooral omdat gewicht een van de grootste beperkingen van raketten is. Ingenieurs moeten het gewicht, het drijfgas en de lading van de raket zorgvuldig in evenwicht brengen om ervoor te zorgen dat deze daadwerkelijk kan opstijgen wanneer hij wordt gelanceerd.

De National Aeronautics and Space Administration (NASA) is van mening dat de vooruitgang in de 3D-printtechnologie bij de productie van raketmotoronderdelen het mogelijk zal maken om meer lading te vervoeren, vooral tijdens interstellaire missies. Voor RAMFIRE 3D-geprinte raketmotorsproeiers heeft NASA met succes 22 tests uitgevoerd, met een cumulatieve testtijd van 579 seconden, of ongeveer 10 minuten, en testtemperaturen zo hoog als 6000 graden Fahrenheit.

Daarnaast bouwden NASA en RPM Innovation een aërosolmondstuk en een cryogene vloeistoftank. Het aluminium voor deze onderdelen is vervaardigd in samenwerking met Elementum3D. Additieve productie voor de productie van raketten is een relatief nieuw vakgebied, en het in Long Beach, Californië gevestigde raketbedrijf RelativitySpace is begonnen met het gebruik van 3D-printtechnologie om brandstoftanks, motoren en andere onderdelen te vervaardigen.