Когда инженерам из Немецкого аэрокосмического центра конструкций и дизайна была поручена разработка головки инжектора ракетного двигателя на жидком топливе для проекта Европейского союза Horizon 2020 под названием SMall Innovative Launcher (SMILE), они обратились к 3D печати, зная, что она может легко справиться со сложными конструкциями.

Ранее твердое топливо являлось приоритетным, потому что оно сгорает более предсказуемо и его можно хранить в течение длительных периодов без значительной деградации. Современная ракетная техника способна использоваться многократно и поскольку твердое топливо наносит значительный ущерб двигателю, теперь на первое место выходит жидкий вариант. Правда повторное использование происходит за счет повышенной сложности, поэтому команда обратилась к AM.

Менеджеры Маркус Кун и Илья Мюллер в партнерстве с Центром клиентских инноваций 3D Systems (CIC) разработали головку инжектора, уменьшив количество деталей узла с 30 до 1 и достигнув снижения веса на 10%. Монолитный компонент не только жестче и легче, но также включает в себя охлаждающие каналы, которые улучшают эффективность и тягу. Поскольку он напечатан на LaserForm Ni718 (A) и сплаве Inconel, он устойчив к окислению и коррозии. Это особенно важно, потому что головка инжектора находится там, где топливо и окислитель попадают в камеру сгорания. Материал хорошо работает при криогенных температурах до 700° C.

Помимо улучшения механических и термических характеристик, консолидация головки инжектора до одной детали значительно сократила время производства, минуя поиск и сборку всех этих различных частей. Преимущества на этом не заканчиваются. Без конструктивных ограничений, налагаемых традиционными методами производства, инженеры могли бы реализовать методы коаксиального впрыска, которые оптимизируют смешивание окислителя с топливом посредством особой формы, которую практически невозможно изготовить без 3D печати.

Вычислительное моделирование показало, что деталь действительно стала эффективнее для смешивания и сгорания, а испытание напечатанной части горячим огнем показало те же результаты, подтвердив точность и функциональность самой головки.