一、金属3D打印技术对猛禽发动机的影响

猛禽系列火箭发动机作为上面级星舰飞船的重要动力来源，其发展设计是星舰能否顺利执行任务的重要保障，目前已经发展了3代，无论是从外观设计还是实际能力上来讲，都有了很大的改变。

首先在外观设计上，第三代猛禽与前两代相比也有了很大的变化。前两代错综凌乱的管线消失不见，取而代之的是几根管径粗大、整齐布列的排线，发动机整体造型十分简洁。第三代猛禽将前两代的多零部件整合为一，其设计上采用了整体的冷却通道壁，还将某些次级管路集成到主涡轮泵中，大幅简化了发动机的结构，使得发动机零部件的管端连接、线路连接以及各类螺丝垫片大幅减少，同时取消了发动机的隔热罩，整个发动机重量骤降100多公斤达到1525公斤，而且还减少了潜在的故障点，提高了发动机的可靠性。

猛禽系列火箭发动机对比，早期发动机外观复杂不只是设计上的不成熟，还有部分管线安装了传感器不断收集数据，以进行更好地优化

在发动机推力上，首代猛禽发动机问世时，燃烧室压力为250个大气压，对应推力为185吨。此后2021年左右，第二代猛禽发动机发布，燃烧室压力直接提升至330个大气压，推力也飙升至230吨，性能提升24%。到了2024年，第三代猛禽发动机发布，燃烧室压力提升至345.5个大气压，推力达到了269吨，对比第一代提升幅度高达45.4%。从数据的变化中，可以清晰地看到随着金属3D打印技术的不断应用，猛禽发动机在结构简化的同时性能飞速提升。

猛禽系列火箭发动机推力对比

在具体制造工艺上，通过金属3D打印技术实现复杂结构一体化制造成为技术突破点。猛禽发动机内部结构极其复杂，包含众多细小而曲折的流道、错综复杂的管路系统以及形状各异的零部件。这些结构的设计目的是为了实现高效的燃烧过程、精确的推进剂输送以及良好的散热效果。以传统方式制造猛禽发动机的某些部件，可能需要将多个独立加工的零件通过焊接、铆接等方式组装在一起。这不仅增加了制造工序的复杂性和难度，还容易在连接部位产生应力集中、密封不严等问题。而且，由于制造精度的限制，一些复杂的内部结构可能无法完全按照设计要求制造出来，从而影响发动机的性能和可靠性。金属3D打印技术的出现，为解决这些问题提供了新的途径。通过3D打印，猛禽发动机的许多复杂部件可以实现一体化制造。例如，发动机的冷却通道壁，传统制造方法需要进行复杂的机加工和钎焊，工序繁琐且容易出现质量问题。而利用3D打印技术，可以直接将冷却通道壁打印成一个整体，无需进行额外的连接操作。这不仅简化了制造流程，减少了零件数量，还提高了结构的整体性和可靠性。

二、Velo3D公司金属3D打印机的三大优势

目前，SpaceX公司主要选择美国Velo3D公司基于激光束的粉末床熔融金属3D打印机(Sapphire，蓝宝石)，其作为猛禽系列火箭发动机零件的主要生产设备，目前已经配置了至少22台。SpaceX公司之所以选择Velo3D公司的蓝宝石金属3D打印机，是因为其主要有以下三点优势：

一是Velo3D公司蓝宝石系统创新性地采用了非接触式刮刀式粉末铺覆技术。其核心特征体现在三个维度：首先，通过集成精密气流控制系统，实现了粉末材料在三维空间内的均匀铺覆;其次，依托先进的低角度梯度成形算法，突破性地增强了复杂曲面结构的成形能力，使传统需要多支撑结构的异形构件实现无支撑打印;第三，刀刃与粉末床的间隙设计较大，在维持涂层均匀性的同时，可以显著降低重涂过程中的剪切应力，从而有效提升零件的表面光洁度与内部致密度，并且能够打印“高纵横比特征”的零件。

非接触式刮涂刀片技术

二是Velo3D的蓝宝石系统与多种先进材料兼容。美国NASA研发的GRCop-XY系列铜基合金(如GRCop-42、GRCop-84)是航天工业领域的重要制造材料，其非常适合用于金属3D打印领域。除此之外，还可以兼容SpaceX公司的SX300和SX500两种镍基合金，其通常用来制造猛禽火箭发动机歧管。

照片显示采用激光束粉末床熔融工艺的GRCop-84中Cr2Nb颗粒更加细化

采用激光束粉末床熔融工艺生产的GRCop-42燃烧喷口

三是Velo3D公司开发的Flow打印准备软件实用性高。Flow能够直接导入CAD模型，无需转换成STL文件，这样做可以带来更好的一致性效果;并且Flow还与PanOptimization模拟软件相集成，快速突出显示与任何可打印尺寸的部件的温度、应力和变形相关的问题。

Flow与PanOptimization模拟软件相集成

三、结尾

作为在航空航天工业中增材制造技术的先驱，SpaceX一直在广泛利用该技术为其火箭和航天器制造零件，特别是那些使用传统方法难以或不可能制造的零件，下一步SpaceX计划将猛禽发动机的3D打印部件比例从40%提升至70%，以进一步降低推力成本。