运载火箭、航天器制造企业Firefly宣布将从2021年开始通过自动纤维放置（AFP）增材制造技术,为复合材料火箭Alpha 生产大型纤维复合零件。Firefly 将安装的AFP 系统是由英格索尔(Ingersoll )提供的。
测试台中的Alpha 2.0小型运载火箭。来源：CW
自动化生产纤维复合材料
根据Firefly，即将采用的AFP 技术现在已广泛用于飞机行业，这类设备能够采用增材制造的方式生产非常大尺寸的复合材料结构，其应用已得到了飞机工业的开发和验证。
英格索尔标志性的AFP设备Mongoose Hybrid™。来源：Ingersoll
Firefly将于2021年5月将第一台AFP系统，用于Alpha火箭制造。第二台AFP系统将与2022年安装在另一个工厂，预计每年生产24枚Alpha火箭。而安装第一台AFP 系统的工厂届时将改为开发更大的火箭。
根据AFP 系统供应商英格索尔的信息，一旦全面投入运营，Firefly安装的AFP增材制造系统将在14天之内制造出Alpha火箭的所有碳纤维结构，包括筒体，整流罩，圆顶和有效载荷组件。
AFP 增材制造工艺将为Firefly带来很多益处，包括减少30-50％的复合材料浪费，提高可重复性，减少人工和制造时间，以及实现经过定制和优化的结构，并进一步减轻零部件的重量和总体成本。
3D科学谷Review
增加有效载荷，保持轻量化
根据3D科学谷的市场观察，最初的Alpha是一种全复合材料，直径6英尺的火箭，有效载荷能力为300至500公斤。在公司进行重组后，Firefly决定采用新版本的运载火箭-Alpha 2.0，旨在提升有效载荷，满足中型卫星发射到低地球轨道（LEO）的需求。
Firefly公司在过去三年中一直在设计、制造、测试和鉴定Alpha 2.0火箭的质量。由于多数火箭制造的准则和资格证明文件是针对金属火箭而制定的，关于复合材料火箭的相关经验很少。但无论如何，Firefly具有复合材料设计和制造经验，并且在不增加直径的情况下增加Alpha的有效载荷能力并保持整体重量低的目标，复合材料火箭似乎成为更好的选择。
Alpha 2.0火箭渲染图。来源：CW
高度为29米的Alpha 2.0火箭由两阶段结构组成。火箭上方是新扩大的有效载荷部分，该部分由直径2米（6.6英尺）的碳纤维复合材料有效载荷整流罩组成，覆盖了有效载荷存储区域。在有效载荷整流罩下方，火箭的圆柱体分为两个阶段：第二阶段，即在有效载荷整流罩正下方的是较小的阶段，其高度为6米（19.7英尺）。第一阶段，位于火箭底部，为18米（59.1英尺）。这两个阶段都包括一个外部复合材料机身以及内部的氧气、燃料和氦气罐以及航空电子系统。第一阶段旨在将火箭从地面发射到太空，但最终与第二阶段分离，第二阶段将有效载荷运送到低地球轨道中。
来源：Firefly
为了为Alpha 2.0火箭设计提供动力，Firefly还决定使用推力更高，效率更高的推进系统建造新的运载火箭，从而减轻重量并优化整体结构。 最初的设计包括一个压力供给的推进系统，该系统依靠高压推进剂箱将燃料压入燃烧室。Firefly改用了效率更高的涡轮泵式推进系统，该系统用电动泵代替了高压储箱。向低压系统的转变允许对整个火箭结构本身进行重新设计，从“碳纤维包裹式经典压力容器式设计”（其中加压推进剂罐与机身和其他非加压结构完全分开）到储箱和机身集成的单一连续结构。
通过自动化扩大生产规模
一旦证明复合材料火箭系统可以成功飞行，Firefly的目标就是将生产规模扩大到每年24枚火箭。
Firefly预计2022年开始大规模生产, 而以往手工叠层和软切割工具将无法满足Firefly的未来生产需求。Firefly最终决定采用英格索尔自动纤维铺放（AFP）系统，通过自动化的复合材料制造技术扩大其火箭生产。
根据3D科学谷的市场研究，在高速发展的连续纤维复合材料3D打印技术中，基于AFP 工艺的3D打印设备是其中一个“流派”。复合材料连续纤维的3D打印正在处于厚积薄发的节点上，而介于目前金属的3D打印多局限在航空航天及医疗这些高附加值产品的应用领域，3D科学谷认为当前的发展趋势使得塑料的3D打印将比金属的3D打印与应用端的结合面具有更加广泛的潜力。关于连续纤维复合3D打印技术的发展透视，敬请前往《一文看懂连续纤维复合材料的3D打印现状》。
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