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La Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA) ha probado con éxito por primera vez boquillas de aluminio para motores de cohetes impresas en 3D como parte de un proyecto que busca reducir los costos de fabricación y el peso del motor. Se requiere que las boquillas de los motores de cohetes resistan calor y presiones importantes, lo que requiere el uso de procedimientos complejos y miles de componentes para fabricarlas. Con los nuevos motores, la agencia espacial pretende reducir los costes asociados a la exploración del espacio profundo y reducir el peso del cohete para permitirle transportar más carga útil.
La NASA prueba la boquilla del motor de cohete impresa en 3D 22 veces durante diez minutos de tiempo total de funcionamiento
Para construir la boquilla de su motor de cohete impresa en 3D, la NASA tuvo que desarrollar una variante de aluminio que fuera adecuada para la fabricación aditiva y que también fuera capaz de soportar las estresantes condiciones de funcionamiento de un motor de cohete. La tobera de un motor es uno de los componentes más importantes de un cohete y, junto con la cámara de combustión, tiene que soportar el calor extremo de la combustión del motor y sus subproductos.
Esta boquilla de motor está hecha de aluminio A6061-RAM2 y forma parte del proyecto de Fabricación Aditiva Reactiva para la Cuarta Revolución Industrial (RAMFIRE) de la NASA. El proyecto se centra exclusivamente en el desarrollo de boquillas de motores rokcet impresas en 3D y se centra en introducir cambios de diseño para permitir la simplicidad y la refrigeración del cohete.
La tobera de un motor de cohete, que es el componente en forma de campana ubicado en la parte inferior, a menudo se enfría mediante propulsores súper fríos que fluyen a través de ella. Esto se logra mecanizando canales dentro de las paredes de la boquilla y luego haciéndolos fluir de regreso a la cámara de combustión del motor para generar empuje. Estos canales requieren cientos, si no miles, de componentes individuales, lo que naturalmente complica el proceso de fabricación y aumenta tanto los costes como el peso.
Al utilizar la impresión 3D para fabricar boquillas de motores, la NASA y su socio de ingeniería y construcción para el proyecto RAMFIRE, RPM Innovation, podrán fabricar la boquilla del motor de cohete a partir de una sola pieza. Esto reduce significativamente los costes y simplifica el proceso de ingeniería, además de hacer que la boquilla sea más ligera. Todos estos son beneficios importantes, especialmente porque el peso es una de las mayores limitaciones de un cohete. Los ingenieros tienen que equilibrar cuidadosamente el peso y el propulsor de un cohete con la cantidad de carga útil que puede transportar para garantizar que el vehículo realmente pueda despegar en el momento del lanzamiento.
La NASA cree que los avances en la impresión 3D para fabricar componentes de motores de cohetes le permitirán transportar más carga útil, particularmente en misiones interplanetarias. Para la boquilla del motor de cohete impresa en 3D RAMFIRE, la NASA ha realizado 22 pruebas exitosas y la ha probado de forma acumulativa durante 579 segundos o aproximadamente diez minutos con temperaturas que rozan los 6.000 grados Fahrenheit.
Además, la NASA y RPM Innovation también han fabricado una boquilla aerospike y un tanque para fluidos criogénicos. El aluminio para estos componentes se ha construido en colaboración con Elementum 3D. La fabricación aditiva para la fabricación de cohetes es un campo relativamente nuevo, y la empresa de cohetes Relativity Space, con sede en Long Beach, California, ya ha comenzado a fabricar tanques, motores y otros componentes con impresión 3D.