在火箭發(fā)動機(jī)或噴氣發(fā)動機(jī)工作時(shí)，其內(nèi)部零件承受的極端溫度可超過2000°F（約1093°C），在這種高溫下，大多數(shù)金屬會迅速弱化甚至斷裂。過去，航空航天工程師不得不依賴昂貴的高溫合金或復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)來維持發(fā)動機(jī)運(yùn)行。
尤其是在1900°F至2400°F（約1038°C–1316°C）的中高溫范圍內(nèi)，一直缺乏經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且適用于3D打印的合金材料。
GRX-810
2024年，美國NASA格倫研究中心（Glenn Research Center）宣布成功研制出一種名為GRX-810的新型合金，一舉突破這一瓶頸。該合金專為3D打印設(shè)計(jì)，能耐受極端高溫環(huán)境，早期測試顯示其在2000°F下可持續(xù)工作長達(dá)一年，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)材料僅能維持?jǐn)?shù)小時(shí)的性能極限。
GRX-810屬于氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）合金，其基礎(chǔ)成分為鎳、鈷和鉻，并通過納米級陶瓷氧化物對每一顆金屬顆粒進(jìn)行強(qiáng)化，極大提升了高溫下的抗蠕變性能——金屬在高溫高壓下如太妃糖般延展變形直至失效的現(xiàn)象得到顯著抑制。
然而，ODS合金以往制備工藝復(fù)雜、成本極高。NASA團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用“共振聲學(xué)混合”（resonant acoustic mixing）技術(shù)，通過高速振動使金屬粉末與氧化物納米顆粒均勻混合并永久結(jié)合。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Tim Smith形象地比喻道：“在顯微鏡下，金屬粉末像裹著糖粉的甜甜圈圈——金屬是圈，納米氧化物就是那層糖粉。”
從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)
2025年8月，GRX-810正式從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段邁向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。NASA已授權(quán)科羅拉多州金屬3D打印材料企業(yè)Elementum 3D進(jìn)行合作生產(chǎn)，該公司目前可實(shí)現(xiàn)從小批量研究級到噸級的工業(yè)規(guī)模量產(chǎn)。
值得注意的是，Elementum 3D并非首次與NASA合作，此前他們曾參與RAMFIRE項(xiàng)目，3D打印出實(shí)驗(yàn)性火箭噴管，并成為NASA HUNCH月球制造計(jì)劃的官方材料供應(yīng)商。
據(jù)Elementum 3D首席技術(shù)官Jeremy Iten介紹，大規(guī)模生產(chǎn)批次的GRX-810合金壽命甚至比早期實(shí)驗(yàn)批次延長了一倍，表現(xiàn)非常出色。
材料突破創(chuàng)造的新可能
這一材料的商業(yè)化意味著航空航天、能源等領(lǐng)域迎來了新的可能性。例如，德國公司Vectoflow正在測試用GRX-810制造3D打印氣流傳感器。
這類傳感器用于監(jiān)測渦輪內(nèi)氣體流動，傳統(tǒng)材料在高溫下幾分鐘就可能失效，而GRX-810可顯著提升其耐用性，從而幫助提高燃料效率、減少排放并降低更換頻率。
此外，GRX-810也支持制造更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，如曲線、晶格及內(nèi)置冷卻通道，這是傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的。
商業(yè)航天公司已開始探索將其用于火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)部組件，長期來看有望降低發(fā)射成本、提升深空探測能力。
使用GRX-810打印的零件
NASA歷來注重技術(shù)轉(zhuǎn)化，通過《空間法協(xié)議》等機(jī)制與企業(yè)合作，將科研成果推向市場。
GRX-810不僅服務(wù)于太空任務(wù)，也有望在航空、能源和高端制造等地面領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
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與此同時(shí)，NASA在其他3D打印技術(shù)方面也持續(xù)投入。
例如，近期3D Systems與多所大學(xué)及NASA合作，開發(fā)用于航天器的先進(jìn)熱管理系統(tǒng)；佛羅農(nóng)工大學(xué)與佛羅里達(dá)州立大學(xué)學(xué)院也獲得500萬美元NASA撥款，致力于開發(fā)用于未來太空任務(wù)的復(fù)合材料及制造系統(tǒng)。
航天3D打印點(diǎn)評
NASA研發(fā)的GRX-810合金終于從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線！這款能承受2000°F超高溫、壽命比傳統(tǒng)材料提升數(shù)十倍的3D打印材料，正在徹底改變火箭發(fā)動機(jī)和航空渦輪的制造格局。
它不僅支持復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化成型，更有望降低航天發(fā)射成本、提升燃料效率，甚至減少碳排放。
從太空到地面，NASA再次用硬核科技證明：仰望星空的同時(shí)，也能腳踏實(shí)地推動產(chǎn)業(yè)變革。
??中國航天與高端制造領(lǐng)域，是否也已迎來自己的“GRX-810時(shí)刻”？
