La impresión 3D ayuda al fabricante de cohetes a cumplir los objetivos de integración vertical

Cuando el cohete E-2 de Launcher se probó en el Centro Espacial Stennis a principios de este año, generó un empuje impresionante de 10 toneladas métricas. Todas las imágenes: Lanzador

Los medios de comunicación están llenos en estos días con historias de inyectores de combustible, tanques de propulsor, toberas de motor e innumerables otros ejemplos de componentes de cohetes enormemente complejos, todos destinados a llevar satélites a la órbita o personas a la luna y más allá.

Tim Berry y su equipo juegan un papel en muchas de estas historias. Berry es el jefe de fabricación en Launcher, un desarrollador de vehículos de transferencia de cohetes y satélites/plataformas de carga útil alojadas.

En abril, el motor de cohete líquido E-2 impreso en 3D de la empresa de Hawthorne, California, generó un impresionante empuje de 10 toneladas métricas (22 046 lb), 288 s de ISP a nivel del mar y 97,5 % c* durante su primer disparo de prueba. en el Centro Espacial Stennis de la NASA. (El impulso específico, abreviado ISP o Isp, y la velocidad característica, o c*, son medidas de la eficiencia del motor de cohete).

Click " target="_blank">aquí para ver un video de la prueba del Centro Espacial Stennis.

Además, el vehículo de transferencia Orbiter de Launcher/plataforma de carga útil alojada, o remolcador espacial, está programado para alcanzar la órbita a finales de este año a bordo del lanzamiento de viaje compartido Falcon 9 Transporter-6 de SpaceX. La mayoría del remolcador está impreso en 3D.

Berry se considera uno de los mayores fans de la impresión 3D en metal. Pero tampoco tiene miedo de cambiar de marcha según sea necesario a favor de tecnologías de fabricación más tradicionales, y viceversa.

"Los corchetes, por ejemplo, son un tiro al aire", dijo. “Entonces, si tenemos un exceso de capacidad en el taller de máquinas, podríamos colocarlas en una de las impresoras 3D. Tomamos decisiones como estas en función de la capacidad disponible y la necesidad de mantener nuestro equipo en funcionamiento tanto como sea posible.

"Tener esa capacidad es una de las bellezas de la integración vertical. Por eso, subcontratamos muy poco", dijo Berry.

El área de mecanizado y fabricación de Launcher generaría envidia en muchos talleres. La lista de equipos incluye tornos CNC y manuales; centros de mecanizado de 3 y 5 ejes; una fresadora CNC estilo pórtico; soldadoras de tubos TIG, MIG y orbitales; una línea de limpieza/recubrimiento; equipos para doblar y abocardar tubos; y la variedad habitual de herramientas manuales que se encuentran en cualquier instalación metalúrgica.

La cámara refrigerada por oxígeno líquido del motor E-2 se imprimió como una sola pieza de una aleación de cobre en una impresora AMCM. Launcher imprimió el inyector coaxial en una máquina Velo3D Sapphire.

La empresa utiliza todo ese equipo para unir componentes de cohetes, construir bancos de pruebas y accesorios de ensamblaje, fabricar líneas de combustible y sistemas de escape, y mecanizar grandes cantidades de componentes metálicos impresos en 3D.

"También tenemos una electroerosión por hilo que usamos para fabricar piezas, pero la mayor parte de su tiempo se dedica a eliminar piezas impresas en 3D de las placas de construcción", agregó Berry.

Berry estima que el 70% del hardware de Launcher se imprime primero en una de sus tres máquinas de fusión por lecho de polvo láser (LPBF). Hay un par de sistemas de impresión 3D Sapphire de Velo3D. Uno se dedica a construir componentes de turbobombas Inconel 718 y piezas para el remolcador espacial Orbiter, y el otro "fabrica" ​​tanques propulsores de titanio durante todo el día.

"En cada novena construcción, imprimimos una estructura de empuje que sostiene el motor", agregó.

La tercera impresora de Launcher, una EOS M300, es un bateador ambidiestro. Alternativamente, produce piezas de titanio, aluminio y cobre, y puede usarse en un futuro cercano para imprimir algunos de los metales refractarios menos costosos y aleaciones de aluminio de alta resistencia.

Está previsto que llegue pronto una cuarta impresora LPBF. Es un sistema LPBF de gran formato (450 por 450 por 1000 mm) llamado M4K que construyó AMCM GmbH, subsidiaria de EOS Group.

"El CEO y fundador de nuestra empresa, Max Haot, fue la inspiración para el M4K", dijo Berry. "No quería adoptar el mismo enfoque que otros fabricantes de motores, que es imprimir un montón de componentes más pequeños y luego soldarlos o atornillarlos. Max y nuestro diseñador jefe, Igor Nikishchenko, querían una estructura monolítica para una mayor simplicidad, fuerza y ​​confiabilidad, por lo que trabajó con EOS para desarrollar una máquina personalizada de gran formato".

Berry agregó que otras compañías de cohetes han seguido el ejemplo de Launcher y se están moviendo hacia impresiones monolíticas de cámara/boquilla en máquinas más grandes y recientemente disponibles.

Con la entrega del M4K vendrá un buen suministro de C-18150. Según se informa, esta aleación de cobre, cromo y zirconio cuesta mucho menos y tiene propiedades materiales ligeramente diferentes al estándar industrial no oficial para motores de cohetes, GRCop-42.

El taller de maquinaria y el área de fabricación bien equipados de Launcher desempeñan un papel importante en la puesta en marcha de los productos.

"No querrás convertirte en un rincón en el que sea necesario usar un metal súper costoso como GRCop, a menos que lo necesites absolutamente, algo que muchos de nuestros competidores han hecho", dijo Berry, quien agregó: "Yo Me gusta bromear diciendo que haría un cohete con papel maché si pudiera volar de manera confiable".

El pensamiento poco ortodoxo es común en Launcher. El CEO Haot les dice a los miembros del personal que diseñen para las herramientas que tienen disponibles, una directiva que se ha tomado muy en serio. Los diseñadores no solo ajustan sus diseños de componentes y procesos de fabricación para mantener los productos internamente siempre que sea posible, sino que también han desarrollado su propio software de ingeniería para el análisis de canales de refrigeración y la simulación de motores de cohetes.

Dichos esfuerzos brindan beneficios mucho más allá de ahorrar un dólar. Se trata de llevar naves espaciales al aire de forma rápida, segura y rentable en un mercado altamente competitivo. Dicho esto, no hay compromisos en lo que respecta al rendimiento, y la tripulación del Launcher siempre está buscando formas de optimizar aún más sus sistemas de propulsión de cohetes y entrega de satélites, dijo Berry.

Le da crédito a Haot y al diseñador Nikishchenko por esta mentalidad. "Su mantra desde el comienzo de la empresa ha sido el acceso al espacio de alto rendimiento y bajo costo".