La NASA ha probado con éxito por primera vez una boquilla de motor de cohete impresa en 3D hecha de aluminio, como parte de un proyecto destinado a reducir los costos de fabricación y el peso del motor. Las toberas de los motores de cohetes deben soportar enormes cantidades de calor y presión, por lo que deben fabricarse mediante procedimientos complejos y miles de piezas. Con el nuevo motor, la agencia espacial pretende reducir los costes asociados a la exploración del espacio profundo y reducir el peso del cohete para que pueda transportar más cargas útiles.
En mayo de 2023, la boquilla del motor de cohete impresa en 3D RAMFIRE de la NASA se probó en un entorno con temperaturas de hasta 6.000 grados Fahrenheit (unos 3.300 grados Celsius). Imagen: NASA
Para crear una boquilla de motor de cohete impresa en 3D, la NASA tuvo que desarrollar una variante de aluminio que fuera adecuada para la fabricación aditiva y capaz de soportar las estresantes condiciones de trabajo de un motor de cohete. La tobera del motor es uno de los componentes más importantes de un cohete y, al igual que la cámara de combustión, debe poder soportar el calor extremo generado por la combustión del motor y sus subproductos.
Esta boquilla de motor está hecha de aluminio A6061-RAM2 y forma parte del proyecto de Fabricación Aditiva Reactiva para la Cuarta Revolución Industrial (RAMFIRE) de la NASA. Este proyecto está dedicado específicamente al desarrollo de toberas de motores de cohetes impresas en 3D, centrándose en introducir cambios de diseño para permitir la simplicidad y la refrigeración del cohete.
La boquilla de un motor de cohete es un componente en forma de campana en la parte inferior que generalmente se enfría mediante un propulsor súper frío que fluye a través de la boquilla. Esto se logra mecanizando canales en la pared interior de la boquilla, que luego regresan a la cámara de combustión del motor para crear empuje. Estos canales requieren cientos o incluso miles de componentes individuales, lo que naturalmente complica el proceso de fabricación y añade costo y peso.
La NASA también creó un tanque de prueba impreso en 3D con el mismo material que la boquilla del motor del cohete. Al utilizar tecnología de impresión 3D para crear la boquilla del motor, la NASA y su socio de ingeniería y fabricación del proyecto RAMFIRE, RPM Innovation, podrán crear la boquilla del motor del cohete a partir de una sola pieza. Esto reduce significativamente los costos y simplifica el proceso de ingeniería, al mismo tiempo que hace que la boquilla sea más liviana. Todos estos son enormes beneficios, especialmente porque el peso es una de las mayores limitaciones de los cohetes. Los ingenieros deben equilibrar cuidadosamente el peso, el propulsor y la carga útil del cohete para garantizar que realmente pueda despegar cuando se lance.
La Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA) cree que los avances en la tecnología de impresión 3D en la fabricación de piezas de motores de cohetes permitirán transportar más cargas útiles, especialmente en misiones interestelares. Para las boquillas de motores de cohetes impresas en 3D RAMFIRE, la NASA ha realizado con éxito 22 pruebas, con un tiempo de prueba acumulado de 579 segundos, o aproximadamente 10 minutos, y temperaturas de prueba de hasta 6000 grados Fahrenheit.
Además, la NASA y RPM Innovation construyeron una boquilla de aerosol y un tanque de líquido criogénico. El aluminio para estas piezas fue fabricado en colaboración con Elementum3D. La fabricación aditiva para la fabricación de cohetes es un campo relativamente nuevo, y la empresa de cohetes RelativitySpace, con sede en Long Beach, California, ha comenzado a utilizar tecnología de impresión 3D para fabricar tanques de combustible, motores y otras piezas.