自 1989 年成立以来，德国增材制造公司 EOS 已成为粉末床聚变技术的强大领导者。凭借大量的聚合物和金属增材制造系统，该公司可以满足许多行业和应用的需求。然而，当特定行业的需求超出其产品组合的能力时，EOS有一个专门的子公司AMCM，它基于EOS技术制造定制系统，这些技术超越了一切。
AMCM 拥有一支由行业资深人士和激光光学、材料开发和增材制造设计方面的专家组成的专家团队，已将许多突破界限的系统推向市场，以满足特定应用和客户需求的要求。因此，拥有一些最苛刻和最具挑战性的规格的航天工业已成为AMCM系统的重要采用者也就不足为奇了。我们最近有机会与AMCM领导人、董事总经理Martin Bullemer和销售主管Felix Bauer交谈，讨论了公司最新（也是最大的）开发项目M 8K，以及欧洲领先的太空发射器公司ArianeGroup将如何使用它。多年的合作AMCM及其母公司EOS与空中客车公司和赛峰集团于2015年成立的合资企业阿丽亚娜集团（ArianeGroup）有着长期的合作。该公司是欧洲航天工业的关键参与者，为欧洲航天局（ESA）开发创新的运载火箭解决方案。阿丽亚娜集团的最新开发是阿丽亚娜6号火箭，这是一种两级火箭，有双助推器或四助推器配置可供选择。
阿丽亚娜6号火箭预计将于2024年7月9日首次发射，这是许多努力工作和创新的结果。值得注意的是，阿丽亚娜集团与EOS和AMCM合作制造了许多火箭部件，使用了多种金属增材制造解决方案，包括EOS的M400和M290以及AMCM的M 4K机器。
正如 Bauer 所解释的那样：“ArianeGroup 和 EOS 已经在不同的应用程序上合作了几年。当需要阿丽亚娜5号火箭的继任者——阿丽亚娜6号时，该公司正在寻找能够为那些更大的火箭发动机制造更大机器的人。由于我们是制造这些特殊机器的人，因此我们开始了合作。
最近，AMCM一直在开发其迄今为止最大的机器，即M 8K，以适应设想的组件尺寸，以满足ArianeGroup的Prometheus火箭发动机的要求，Prometheus火箭发动机是一种可重复使用的火箭发动机，将使用液氧和甲烷运行。开发 M 8K首先，AMCM 开发的 M 8K 是一种激光粉末床熔融系统，配备 8 个激光器，构建体积达到前所未有的 800 x 800 x 1200 毫米，这是通过国家拨款实现的，这有助于该项目的启动。正如 Bullemer 所解释的那样：“对我们来说，获得初始资金以启动项目非常重要。我们与阿丽亚娜集团（ArianeGroup）一起讨论了在哪里可以获得一些初始资金，并尝试了几条路线。最后，它与德国商务部的一个行业基金合作达成了协议。
这种合作方式和由此产生的资金类型意味着M 8K系统并不完全与ArianeGroup绑定。正如Bullemer所解释的那样，这种类型的行业基金有好处，比如不必纳税，也不必处理知识产权问题。“我们在这里不受合同细节的束缚，”鲍尔补充道。“我们可以出售这台机器并探索其他市场，这对我们来说非常重要。”当被问及大型金属3D打印机的其他潜在应用时，Bauer和Bullemer表示，该机器可用于多种类型的热交换器，包括服务器场冷却，以及流体或空气管理系统。
在最初的国家资助下，AMCM能够做它最擅长的事情：开发一种定制的LPBF机器，满足以前不可能实现的要求。也就是说，在扩大系统构建体积的大小方面存在挑战。
“当进入这些真正的大系统时，有三个主要挑战，”鲍尔说。“首先是空气流动，或者我们如何用适当的惰性气体流动覆盖粉末床。其次是光学系统，并确保所有设备都以高效和稳定的方式工作，以实现持久的构建和具有挑战性的材料。第三是热稳定性，特别是因为我们正在处理像铜合金这样的具有挑战性的材料。
为了应对这些挑战，AMCM借鉴了EOS的现有技术，并通过创新进行了增强，例如专有的气流设计，这是M 8K独有的。 可以理解的是，Bauer和Bullemer无法提供有关该技术的太多细节，因为它仍在申请专利中，但他们确实表示，整个系统，包括激光器和扫描仪的布置， 是围绕气流设计构建的。
“每当你扩大规模时，你必须确保它保持可靠性和成熟度，”Bullemer 补充道。“因为风险会随着更大的系统而扩大。我们试图通过坚实的工程技术来消除尽可能多的风险——我称之为坚实的德国工程。我们不是为了削减成本而削减成本：我们采用更好的组件只是为了确保它能正常工作。
在M 8K系统的过程控制和质量监控方面，AMCM采用了EOS久经考验的解决方案，如Smart Fusion和EOSTATE Exposure OT，并对其进行了扩展。“EOS在软件和质量监控方面做得很好，”Bauer说。“所以我们有一个非常强大的骨干，我们可以使用。我们使用其技术，只是针对更大的机器进行了扩展和增强了一点。满足航天工业的标准虽然M 8K机器并非专门用于太空应用，但AMCM正在与ArianeGroup一起开发它以打印其普罗米修斯火箭燃烧室，这意味着该系统必须达到航天工业的严格标准。特别是这台机器，它将成为市场上最大的LPBF金属3D打印机，在确保满足某些要求方面，还有很多新的领域需要涵盖。
根据Bauer的说法，AMCM与ArianeGroup的合作非常有价值，因为这家航天公司帮助AMCM保持在正确的轨道上。“与ArianeGroup的合作对我们有很大帮助，因为他们会通过问'我们能监控吗？'、'我们能控制吗？'、'你如何证明这个或那个？'来挑战我们。换句话说，阿丽亚娜集团帮助AMCM满足了太空制造的需求。
就AMCM而言，它可以与ArianeGroup联手，以充分利用金属增材制造。“燃烧室的最初设计来自ArianeGroup，这种设计或多或少是固定的，”Bullemer解释道。“然而，除此之外，您还可以通过增材制造来提高内部冷却性能，这是我们的专家将会权衡的事情。”
正如许多航空航天公司所意识到的那样，增材制造在使火箭发动机的小批量生产变得可行方面可以发挥重要作用，而且在优化性能和效率方面也发挥着重要作用。设计自由度是其中的一个重要部分，因为增材技术可以生产复杂的内部几何形状，例如可以直接构建在腔室结构中的冷却通道。然而，打印具有出色传热性能的材料（如铜合金）的能力也是必不可少的。
AMCM 的 M 8K 系统可以做到这两点。具体来说，M 8K 用于打印 Prometheus 燃烧室内的铜衬里。“室内的挑战在于你有大量的能量，然后你必须冷却它，”Bullemer解释道。“这通常是用液体燃料完成的，液体燃料穿过铜衬里，而在外面你会有一层非常稳定的铬镍铁合金涂层。”
“目前所有火箭公司都在追求的是拥有一种设计，使铜衬里中的热量分布更好，”鲍尔继续说道。这是通过将复杂的冷却通道网络集成到铜衬里来实现的，铜衬里循环冷却的气体。这确保了燃烧室内产生的热量得到正确消散，并且铜衬里保持完好无损。
当然，铜本身是一种具有挑战性的材料，因为它具有出色的热传导和激光的行为。幸运的是，AMCM在铜合金方面拥有丰富的经验。“几年前，当我们开始M 4K项目时，我们学会了如何加工铜合金，”Bauer说。“在那段时间里，我们不仅学会了如何调整铜的工艺，还学会了与打印大型铜零件相关的常见陷阱。现在我们知道将这些合金的温度阈值保持在何处，并且我们知道保持机器在特定温度范围内运行是多么重要。
推动欧洲的太空计划最终，AMCM的M 8K、M 4K以及EOS的标准金属LPBF系统使ArianeGroup能够在其使欧洲进入太空的使命中取得进展。“我们非常自豪能与阿丽亚娜集团合作，并支持他们在技术和成本方面突破界限，”Bullemer 谈到正在进行的合作以及即将生产的可重复使用的普罗米修斯燃烧室时说。
事实上，普罗米修斯计划可能会改变欧洲航天局的游戏规则，因为它旨在提供一种可重复使用的发动机，其成本是制造现有火箭发动机（如Vulcain 2）的十分之一。据阿丽亚娜集团称，普罗米修斯发动机的结构将大部分是3D打印的（占总质量的70%）。请务必关注此空间，了解普罗米修斯火箭发动机的开发和大型M 8K机器的发射的最新信息。与此同时，您可以在最近的VoxelMatters专题报道中阅读有关AMCM定制EOS系统的更多信息。
