弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 的研究人员正在 ENLIGHTEN 项目中开发火箭部件的创新制造技术。研究人员将于 2024 年 4 月 22 日至 26 日在汉诺威工业博览会上展示他们的研究结果。
在 ENLIGHTEN(欧洲低成本、创新和绿色高推力发动机倡议)项目中，Min-Uh Ko 和他在 Fraunhofer ILT 的团队正在研究新技术，以降低太空旅行的成本并增强欧洲在该领域的竞争能力。该项目共有18个合作伙伴参与，得到了欧盟委员会的积极支持，旨在维护技术主权，并能够在日益激烈的全球竞争中自主运营。
弗劳恩霍夫 ILT 的专家计划使用被称为激光材料沉积 (LMD) 的增材制造方法生产火箭发动机的喷嘴，并按比例建造一个演示器。这种重新概念化的生产方法本身就是提高成本效率和加速工作流程的关键一步。
“特别之处在于 LMD 技术提供的广泛可能性如何极大地提高新一代火箭喷嘴的制造速度和成本效益。除了其大型的建造围护结构外，正在研究的设计还具有非常精细的薄壁冷却通道，需要付出很大的努力才能在传统的生产例程中实施，”该子项目的协调员 Ko 解释道。
其他方法，例如定向能量沉积 (DED) 和激光束粉末床熔融 (PBF-LB)，要么无法生产相对复杂的结构，要么生产率明显低于 LMD。最重要的是，PBF-LB 存在很大的尺寸限制。“LMD 技术的令人兴奋之处在于，其工艺原理可以应用于几乎任何类型的运动系统。这意味着尺寸也很容易缩放，”Ko 指出。
推进器的薄壁结构需要具有特定光束质量的激光源，以产生直径极小的光束。“我们在这一领域特别强大，因为我们内部拥有各种激光源和光学配置，我们可以根据具体应用进行调整，”Fraunhofer ILT 的 ENLIGHTEN 项目经理 Jochen Kittel 说道。
弗劳恩霍夫 ILT 正在开发的喷嘴旨在用作阿丽亚娜计划下一代火箭的组件。ArianeGroup 是负责ENLIGHTEN 项目的总体协调者。事实上，火箭喷嘴已经可以使用传统方法生产。然而，该过程目前涉及单个生产地点的许多单独的连续步骤;组件必须移动到多个位置。这创建了一个显着延长生产和交货时间的流程链。
“消除许多单独步骤的工艺技术将显着降低成本，但这还不是全部。与此同时，我们将大大缩短生产火箭喷嘴所需的时间。目前，这个过程需要几个月的时间，跨度超过一个季度，”基特尔分享道。
除了生产技术和实现演示器之外，Fraunhofer ILT 的专家还专注于过程监控和质量保证。该团队的目标是优化 Fraunhofer ILT 开发的技术的可靠性和稳健性，以便研究人员可以将它们转移到工业界以供未来大规模生产。因此，同时使用过程监控系统，目的是利用传感器数据来定位和消除潜在的过程异常，从而全面确保组件质量。
“一旦我们成功开发出工艺和演示器，这将是一个突破。凭借我们的成果，我们可以让工业界在自己的设施中使用 LMD 生产出同样大型、复杂和精密的结构，以供应航空航天业。”Ko 说道。
