Raptor 3发动机，图片来源：SpaceX

2024年8月6日，据资源库了解，近日，SpaceX的第一台猛禽3 (Raptor 3) 火箭发动机正式下线。它采用了更加流线型、一体化的设计。相比前两代，猛禽3的性能得到显著提升，推力高达280吨，比冲350秒，质量仅1525千克。它看上去就是一件艺术品，与猛禽1和猛禽2相比，猛禽3的整机结构简化做到了极致。

与之前的猛禽1代和2代发动机并排对比，我们明显可以看到3代发动机的外部零件大幅减少，甚至简化到了不合常理的程度。根据官方的说法，原本发动机中的很多复杂结构都被隐藏了，设计上采用了整体的冷却通道壁。此外，还有一些结构被删去或者集成，尤其是某些二级管路被集成到主泵中。这种设计大幅简化了三代猛禽的结构，使发动机更轻，推力更大。

但设计上能够实现，并不代表就能够制造出来。因为冷却通道壁的制造非常复杂，需要复杂的机加工和钎焊。很显然，SpaceX已经找到了合适的解决方案。虽然官方并没有明确说明，但我们猜测很大可能是使用3D打印解决了这一问题。

8月3日，SpaceX 创始人埃隆·马斯克在社交媒体平台 X（此前的推特）上发布了一篇帖子，分享了最新的猛禽发动机真实照片，并附文称：“简化猛禽发动机、内化二次流道，以及为暴露组件添加了再生冷却，这些工作量是惊人的。因此第三代猛禽无需热防护罩，从而消除了隔热罩的重量和复杂性以及灭火系统。相比于二代猛禽，三代猛禽更轻、推力更大、效率更高。”并声称SpaceX拥有世界上“最先进的金属3D打印技术”

虽然SpaceX尚未提供任何有关如何使用3D打印来优化猛禽发动机的设计或内部化其中一些组件的具体信息，但马斯克在进一步评论中间接给出了答案，他回应道：“确实如此。人们普遍不知道SpaceX拥有世界上最先进的金属3D打印技术。”

而该观点也并不是马斯克第一次发表。此前在6月10日的一场长达5个小时的直播中，他表示，SpaceX拥有世界上最先进的金属3D打印能力，猛禽发动机的许多零件都是金属3D打印的。马斯克还指出，如果零件具有复杂的几何形状和大量的内部流动结构，那就很难铸造，比如涡轮泵外壳。在这种情况下，打印可能就是一个更好的选择。

事实上，十多年前，SpaceX就开始通过3D打印来创建高性能的火箭零件。2013年，SpaceX成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。2014年，SpaceX推出了Falcon 9火箭，该火箭具有3D打印的氧化剂阀体（MOV）主体，该阀门在低温和高振动条件下成功运行。

据了解，SpaceX的产品中，为星舰提供动力的猛禽发动机的涡轮泵外壳、喷油器板，为猎鹰提供动力的梅林发动机的推力室、喷嘴及延伸件，还有上一代火箭的隔热罩、用于控制推进剂流量的阀门和配件等元件都是由3D打印而成。只不过这一次，3D打印在猛禽3发动机中的应用被诠释得更加彻底，或者说是关键，少了它可能就做不成了。

不过，SpaceX具体使用的是哪一种增材制造工艺还不得而知，尽管公开的信息仍然很少，但激光束粉末床熔合(PBF-LB)和定向能量沉积(DED)被认为是SpaceX使用最广泛的金属增材制造工艺。PBF一般用于高精度几何复杂件，属于中小型零部件，比如燃烧室衬里；DED更加适合于大尺寸部件的制造，比如高1.8米、直径1.5米的大型火箭发动机喷嘴。

在《埃隆马斯克传》中，有一段是关于猛禽3发动机的讨论：

“马斯克逼着工程师们精简发动机的部件，将发动机上任何不必要的东西都去掉，目的是提升可靠性，降低制造成本......在第一性原理目标驱动，以及马斯克的高压威逼下，SpaceX的工程师们只能执行，了解每一个部件存在的意义和必要性，然后他们把沿用了几十年的复杂结构给去了，做成了现在的猛禽3发动机的样子。”

有时候，打破规则，不自我束缚，才发现做成功一件事情也没有想象中那么难。

3D打印助力航空航天发展的故事还在继续，不只有SpaceX，还包括国内的天兵科技、蓝箭航天、星河动力、深蓝航天等众多公司。