相較于航空領(lǐng)域，航天領(lǐng)域?qū)τ诟邷睾辖鸩考闹圃煲蟾涌量蹋尸F(xiàn)出更加復雜化、薄壁化、復合化、一體化等趨勢。以高性能液體火箭發(fā)動機燃燒室為例，其部件往往暴露在高熱、負荷等工作環(huán)境中，因此需要進行高效率的冷卻。傳統(tǒng)的減材或等材加工技術(shù)無法勝任此類獨特且巧妙的冷卻系統(tǒng)的制備。

增材制造具有超出傳統(tǒng)鑄造、鍛造制備工藝的成形制造能力，非常適合制備內(nèi)含復雜內(nèi)流道、多孔點陣結(jié)構(gòu)等極難加工的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如火箭推進器耐高溫部件、助推器等，對未來空間探索至關(guān)重要，因此受到全世界的關(guān)注。

火箭發(fā)動機噴嘴頭是助推器的核心構(gòu)件之一，在傳統(tǒng)設(shè)計中，該構(gòu)件由248 個零部件裝配而成，ArianeGroup 利用增材制造技術(shù)將原來的248 個組件合并成一個構(gòu)件（圖3a），克服了傳統(tǒng)加工工藝（鑄造、焊接及鉆孔等眾多復雜工藝步驟）耗時和在極端負荷環(huán)境中存在風險的缺點，真正實現(xiàn)了噴嘴頭一體化設(shè)計。DMRL 研究人員使用增材制造技術(shù)制備了升級版燃料噴射器（圖3b）。該構(gòu)件采用66.4°橫截面設(shè)計，升級了零件的流道，移除了低應力區(qū)域材料，在零件底部引入了超輕網(wǎng)格結(jié)構(gòu)增材制造構(gòu)件，其抗壓、抗拉及硬度的測試結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)制造的IN718 構(gòu)件，展示出增材制造技術(shù)在導彈終端的應用潛力。MSFC 利用DLMD 技術(shù)成功制備了IN 625 合金的整體推力室（圖3c），該推力室內(nèi)部形成了完整的通道結(jié)構(gòu)，可用于腔室的通道冷卻噴嘴部分。在主測試階段，噴嘴的壁溫超過732 ℃，證明DLMD 技術(shù)制備整體推力室的可行性。換熱器是航天設(shè)備長效穩(wěn)定運行的關(guān)鍵部件，AddUp、Sogeclair 和Temisth合作，通過增材制造技術(shù)成功制備出薄壁（<0.5 mm）沒有泄漏且存在大量薄鰭片（0.15 mm）的IN 718 合金換熱器（圖3d）。該換熱器可確保對熱量的要求，能獲得與增材制造鋁制外殼相似的質(zhì)量和性能，完美地體現(xiàn)了增材制造技術(shù)在制備復雜、精密部件領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。EOS 與Hyperganic 合作，通過計算機算法和人工智能創(chuàng)建了一件結(jié)構(gòu)極其復雜的Aerospike火箭發(fā)動機模型。EOS 采用增材制造技術(shù)將其成功制備出來，該發(fā)動機高達80 cm（圖3e），其長度只有常規(guī)鐘型火箭發(fā)動機的1/4，質(zhì)量只有航天飛機主發(fā)動機的2/3，與喇叭形噴嘴相比，這種獨特結(jié)構(gòu)使發(fā)動機效率提高了15%。增材制造技術(shù)自由制造的特點為該新型火箭發(fā)動機的研制掀起了新的熱潮，是火箭推進領(lǐng)域的巨大進步。

圖3 激光增材制造的鎳基高溫合金航天構(gòu)件

上述案例均極好地展示了增材制造技術(shù)作為一體化成形方法的巨大優(yōu)勢。然而，在制備構(gòu)件過程中，除考慮材料可用性、制備質(zhì)量、成本外，還需考慮生產(chǎn)工藝可能構(gòu)建的構(gòu)件尺寸及特征分辨率。根據(jù)粉末輸送方式的不同，商用金屬增材制造設(shè)備可分為2類：基于鋪粉的LPBF 技術(shù)和基于同步送粉/絲的DLMD技術(shù)。前者成形精度高但零件加工尺寸受限；后者則不受尺寸限制但成形精度略低，后期需要進行加工以滿足使用需求。