Impressão 3D Metálica para Motores de Foguete: Caso de Sucesso do WELKIN com a Farsoon

Em março de 2022, a Galactic Energy Space Technology Co., Ltd. (referida como Galactic Energy), uma das principais empresas aeroespaciais comerciais da China, anunciou o primeiro voo de teste bem-sucedido de sistema completo do seu motor WELKIN reutilizável de 50 toneladas para LOX/Querosene. Até o momento, este é o motor de LOX/querosene de maior empuxo no setor aeroespacial comercial chinês que entrou oficialmente na fase de engenharia e fabricação.

O motor reutilizável WELKIN de 50 toneladas para LOX/Querosene é o primeiro motor chinês de foguete líquido de grande empuxo a adotar a tecnologia de injeção tipo "pintle". Com capacidade de empuxo variável, o motor WELKIN é a melhor opção para a reciclagem vertical de foguetes líquidos de 200–300 toneladas. Vários dos componentes-chave do motor de foguete, incluindo a bomba turbo e o corpo principal da válvula de LOX/querosene, são impressos em 3D pelo provedor de serviços de manufatura aeroespacial Falcontech utilizando a solução de fusão em leito de pó a laser metálico da Farsoon.

O objetivo do teste de sistema completo da Galactic Energy é verificar o funcionamento do motor, o design estrutural e a coordenação de cada conjunto. Durante o voo de teste, a ignição, o acionamento e a transição do motor foram rigorosamente testados quanto ao desempenho, com dados coletados mostrando que cada componente funcionou conforme o esperado. O processo de combustão demonstrou ser estável, e os principais parâmetros de desempenho observados foram consistentes com os valores calculados. O teste foi um sucesso completo, com o motor permanecendo intacto e em condição reutilizável após o teste.

Processos personalizados de Impressão 3D metálica para aplicação em motores de fogueteEm julho de 2019, a Galactic Energy fez uma parceria com a Falcontech para este projeto de fabricação, envolvendo mais de 30 peças de vários tamanhos. Todas as peças foram produzidas e aceitas pela Galactic Energy em 4 meses. Baseando-se na solução de impressão 3D metálica de grande porte da Farsoon, a equipe de engenharia da Falcontech desenvolveu vários conjuntos de processos de produção personalizados voltados para o fluxo de trabalho de fabricação de motores de foguete, incluindo soldagem a laser, usinagem em 5 eixos, teste de equilíbrio dinâmico, tratamento de anodização, testes pneumáticos e hidráulicos, entre outros. Esta abordagem inovadora, utilizando a impressão 3D como parte de um processo de fabricação mais amplo, representou um verdadeiro avanço no desenvolvimento de motores de foguetes comerciais na China.

Figura 2: Uma série de sistemas metálicos FS421M da Farsoon está instalada na Fábrica Super AM da Falcontech. (Imagem cortesia: Falcontech)

Figura 3: Uma série de testes funcionais é realizada em componentes impressos em 3D na Galactic Energy. (Imagem cortesia: Falcontech)

Figura 4: O conjunto da bomba turbo impresso em 3D para teste hidráulico (Imagem cortesia: Falcontech)

Ciclo de produção otimizado em 80%A câmara de propulsão de um motor de foguete líquido de alto empuxo geralmente adota o resfriamento regenerativo ativo para a proteção térmica da câmara de combustão. Com tecnologias de fabricação convencionais, o processo de produção dos componentes da câmara de propulsão é extremamente complexo e normalmente leva vários meses. Uma pequena variação de produção em um único componente pode levar à falha no teste funcional de toda a câmara de propulsão.

Durante a fase de projeto da bomba turbo, a equipe de engenharia da Galactic Energy comparou a eficiência de dois modelos: um projetado de acordo com o processo tradicional de usinagem e outro com um perfil otimizado para a solução de impressão 3D. O novo design apresentou uma melhoria de 5% na eficiência de produção. Nas soluções de design e fabricação para o disco da turbina, a usinagem tradicional levaria de 20 a 25 dias, enquanto a impressão 3D reduziria esse tempo para apenas 3 a 4 dias — um encurtamento significativo do ciclo de fabricação em 80% e uma redução nos custos de produção.

A Galactic Energy está comprometida com a inovação tecnológica em motores de foguete. No futuro desenvolvimento do motor reutilizável WELKIN para sistemas de controle de órbita Edge, a Galactic Energy vê muitas oportunidades para o uso da impressão 3D visando projetos mais leves, componentes de alta resistência e maior confiabilidade das peças.

Sobre a Galactic Energy:Fundada em 2018, a Galactic Energy é uma empresa líder no setor aeroespacial comercial na China. A empresa conta com uma equipe de P&D composta por mais de 100 colaboradores, incluindo 8 doutores e 20 mestres com anos de experiência na indústria aeroespacial. A Galactic Energy oferece serviços de lançamento para o foguete comercial de propelente sólido CERES-1 e para o foguete comercial de propelente líquido PALLAS-1, além de se dedicar ao desenvolvimento do motor de foguete sólido LIGHT YEAR, do motor reutilizável WELKIN para LOX/querosene e do Sistema de Controle de Órbita Edge.