打破常规

作者:Ansys Staff

Relativity Space成立于2015年，有着独特的愿景:利用增材制造技术来3d打印可以发射到太空的火箭。这家雄心勃勃的加州初创公司正准备通过使火箭更快、更便宜、更简单的生产来改变全球航空航天业。Relativity公司已经开始改写商业卫星发射规则，希望最终能在火星上制造3d打印火箭——在火星上，这种创新的、负担得起的技术可以用来支持人类殖民。

“在管理增材制造运行时，除了模拟之外，没有其他方法可以获得这种水平的保真度和信心。”

相对论空间公司的目标是成为第一家发射完全通过3D打印或增材制造制造的火箭的公司。该公司的Aeon火箭发动机仅包含100个部件，并在三次打印中生产。

蒂姆·埃利斯(Tim Ellis)和乔丹·诺恩(Jordan Noone)在南加州大学(University of Southern California)读本科时相识，他们对火箭的共同热爱让他们一见倾心。他们一起在南加州大学的火箭推进实验室工作，该实验室由一群学生组成，他们想成为第一批将火箭送入太空的本科生。

毕业后，诺恩去了SpaceX工作，埃利斯被蓝色起源雇佣。两人在2015年重新联系，并决定成立一家名为Relativity Space的初创公司。他们的新公司基于一个新颖的概念:通过新兴的3D打印技术生产火箭，也称为增材制造(AM)。当其他航空航天公司都在打印飞行器部件时，埃利斯和诺恩想成为第一个通过AM技术生产整个火箭的公司。

创始人认识到增材制造有很多优势。结构可以简化。使用AM的100个部件组成的火箭将比由10,000个独立部件组成的火箭在结构上更稳定，也更坚固。AM极大地简化了组装，并使端到端供应链更加简单和无缝。AM还消除了对新颖几何形状的限制，并开放了设计选项。

该公司首席技术官诺恩说:“当我们说想要3d打印火箭时，很多人都认为我们疯了。”“但业内有经验的人看到了我们创意的潜力。”亿万富翁投资者马克·库班(Mark Cuban)就是其中之一，他承诺为Relativity的启动提供50万美元的资金。Relativity还被著名的Y Combinator项目录取，该项目为创业公司提供资金和战略咨询。

有了资金和商业计划的支持，只有一个主要问题:埃利斯和诺恩找不到足够大的3D打印机来制造火箭。于是，两人做了任何有远见的人都会做的事。他们建造了自己的打印机。

星际之门:启动新一代的am

这台直径9英尺、高15英尺的机器被称为“星际之门”，位于该公司位于加利福尼亚州洛杉矶的总部，是世界上最大的3D打印机。

制造星门打印机的复杂过程部分是通过模拟来实现的。诺恩和埃利斯在之前的工作中都使用过Ansys软件，他们在成立相对论空间的8天内就联系了Ansys。Noone指出:“Ansys软件在全球航空航天工业中享有很高的声誉。“这是一项值得信赖的技术，以极其准确和易于使用而闻名。我们知道，我们需要Ansys来实现我们的想法。”

Relativity能够快速获得软件授权Ansys启动程序．Noone表示:“早期与Ansys的合作对于加快《星际之门》的设计周期至关重要，同时也确保了我们的物理特性是正确的。“例如，我们模拟了打印机内部的计算流体动力学，以优化实际打印过程中的材料流动。”

虽然设计和制造打印机需要时间和金钱，但投资远远低于购买固定工具和建造制造工厂所需的数千万美元。

使用3D打印机还最大限度地提高了工程团队迭代产品设计的灵活性。Noone指出:“对传统的制造设施进行改造可能需要几个月的时间和数百万美元。”“但我们可以在18天内完成一个新的发动机设计，在30天内完成一个全新的车辆迭代。这使我们在航空航天行业拥有无与伦比的灵活性和响应能力。”

“当我们说想要3d打印火箭时，很多人都认为我们疯了。”

“我们知道，我们需要Ansys来实现我们的想法。”

Aeon:第一个3d打印的火箭发动机

Relativity公司的工程师还依靠Ansys的模拟来设计Aeon，这是第一台完全使用增材制造技术生产的火箭发动机。发射时能产生15500磅推力，永旺由镍合金组成。由于只有三个部件，发动机在三次单独的打印过程中制造。

相对论产品开发团队利用Ansys Fluent软件对发动机的喷射元件、冷却孔和歧管进行计算流体动力学(CFD)模拟。通过优化这些领域的流程，工程师能够减少整体设计周期和物理测试的高成本。

该公司的工程师也使用了Ansys机械以评估在升空等重要事件中永旺发动机内部的结构应力。超过100次的测试已经证实Ansys模拟有效地优化了Aeon的强度和结构稳定性。

相对论公司的星际之门是世界上最大的3D打印机。

利用ansys添加剂套件优化结果

作为世界上一些最大的3d打印物体的生产商，相对论空间自然对Ansys感兴趣Ansys Additive Suite在2018年。事实上，Relativity是这个新软件家族的第一个官方客户，该软件优化了3D打印过程，从材料组成到机器设置。

Noone说:“我们对Ansys Additive Suite感到非常兴奋。“在我们实际投入材料和机器时间之前，通过模拟每次打印的结果，我们大大降低了风险敞口。”

Noone指出，用金属材料生产巨大的零件形状意味着非常高的试错成本。Ansys Additive Suite中的新功能使Relativity工程团队能够预测和解决变形区域，确保几何精度，消除材料浪费，避免潜在的机器损坏等等。Noone说:“当你管理增材制造运行时，没有其他方法可以获得这种水平的保真度和信心。”

下一站?火星

Relativity公司的Aeon发动机及其运载火箭“人族”(Terran)将首先应用于商业卫星市场。该公司在该行业占据了一个独特的利基市场，为1250公斤(约为一辆小汽车大小)的卫星提供按发射付费的服务。

Relativity公司通过AM技术每60天就能制造一艘新的运载火箭，而传统制造方法需要一年的开发时间。Relativity公司希望主导这个快速增长的细分市场。该公司已经与客户签约，计划于2020年首次发射。

但Relativity Space的长远愿景要远得多。这家充满活力的初创公司希望成为第一家在火星上生产和发射3d打印火箭的公司。

诺恩预测说:“我们设想人类殖民地在地球和火星上都繁荣发展。”“然而，最初火星上的资源非常稀缺。AM技术灵活、相对较轻的特性将提供一种快速、经济的方法来制造人类生存所需的东西，并制造返回地球的火箭。我们在工程方面所做的一切都是为了这个最终目标。例如，永旺发动机由氧气和甲烷提供动力，这两种推进剂在火星上很容易生产。”

“我们认识到这一愿景听起来雄心勃勃，但我们希望激励其他初创公司加入努力，使人类成为多星球。虽然你的公司很小，但这并不意味着你不能有大梦想。”

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