逐漸火熱的太空競賽也預(yù)示著要通過仿真技術(shù)提高置信度，無論是新宇航時(shí)代還是舊宇航時(shí)代，產(chǎn)品都必須確保首次成功，同時(shí)還要滿足極端的工作環(huán)境要求。航天領(lǐng)域利用各種尖端前沿技術(shù)解決安全和成本等挑戰(zhàn)，而材料是應(yīng)對所有這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，在掌握材料的基礎(chǔ)上做出明智決策是決定項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。

但當(dāng)前的增材制造工藝極為耗時(shí)而且成本高昂，金屬粉末和3D打印材料的高價(jià)極大地限制了打印中的試錯(cuò)機(jī)會(huì)。得益于全新的金屬增材制造解決方案，ANSYS正在推動(dòng)航空航天與國防、生物技術(shù)和汽車等行業(yè)中金屬部件制造方式的重大變革。ANSYS全面的增材仿真工作流程能夠減少相關(guān)難題，優(yōu)化流程，并且在打印之前幫助客戶快速虛擬地測試產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，幫助用戶第一次即可成功打印輕量型復(fù)雜金屬部件，同時(shí)分析微觀結(jié)構(gòu)的屬性和行為，顯著降低增材制造的成本，減少浪費(fèi)并且縮短打印時(shí)間。

而2015年創(chuàng)立的Relativity Space公司一直有一個(gè)夢想：將利用增材制造技術(shù)（3D打印）的火箭發(fā)射到太空。這家位于加州懷揣著雄心壯志的初創(chuàng)公司，志在變革全球航空航天行業(yè)，希望以更快速度、更低成本和更便捷的方式制造火箭。

Relativity Space志在成為首個(gè)發(fā)射完全利用3D打印（增材制造技術(shù)）制造火箭的企業(yè)。其Aeon火箭發(fā)動(dòng)機(jī)僅包含100個(gè)部件，三次打印操作即可完成。

Tim Ellis和Jordan Noone在就讀南加州大學(xué)時(shí)，對火箭的共同愛好促使倆人成為志同道合的朋友，畢業(yè)后，Noone加入SpaceX，而Ellis則進(jìn)入Blue Origin工作。在2015年重逢遂決定成立一家名為Relativity Space的初創(chuàng)公司。新公司立足于一個(gè)全新的理念：通過新興的3D打印技術(shù)，又稱為增材制造 (AM)，制造火箭。雖然已經(jīng)有公司在打印飛行器組件，但是Ellis與Noone希望率先利用該項(xiàng)技術(shù)制造整個(gè)火箭。

這兩位創(chuàng)始人認(rèn)識(shí)到增材制造具有眾多優(yōu)勢：火箭結(jié)構(gòu)得以簡化，采用AM制造包含100個(gè)部件的火箭與此前包含10,000個(gè)單獨(dú)部件的火箭相比，前者的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要高得多，而且更加牢固；AM技術(shù)可以顯著優(yōu)化裝配體，而且簡化端到端供應(yīng)鏈和促進(jìn)其無縫集成；此外，AM還可以消除對創(chuàng)新幾何結(jié)構(gòu)的限制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更多設(shè)計(jì)選項(xiàng)。

公司首席技術(shù)官Noone表示：“當(dāng)我們宣告希望以3D打印造火箭時(shí)，很多人認(rèn)為我們太瘋狂了，但是有經(jīng)驗(yàn)的圈內(nèi)人看到了這個(gè)想法的無限潛力，”包括億萬富翁投資人Mark Cuban，當(dāng)時(shí)他投入50萬美元幫助Relativity起步，另外Relativity還入選了著名的Y Combinator計(jì)劃，該計(jì)劃旨在為初創(chuàng)公司提供資金和戰(zhàn)略咨詢。除了資金，還剩下一個(gè)重要問題：Ellis和Noone找不到一臺(tái)足夠大3D打印機(jī)，用來造火箭...

直徑9英尺，高15英尺，這臺(tái)名為Stargate的全球最大的3D打印機(jī)設(shè)備佇立在Relativity Space公司位于加州洛杉磯的總部。

Stargate打印機(jī)的復(fù)雜工程過程有一部分是采用仿真技術(shù)進(jìn)行管理。Noone和Ellis在之前的工作中都使用過ANSYS軟件，因此他們在成立Relativity Space后一周內(nèi)就聯(lián)系了ANSYS。Noone表示：“ANSYS軟件在全球航空航天行業(yè)中已贏得極好的口碑，以超高精度和易用性著稱，它是值得信賴的技術(shù)，我們知道必須借助ANSYS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)我們的夢想。”

Relativity公司的Stargate是全球最大的3D打印機(jī)

Relativity通過ANSYS初創(chuàng)公司計(jì)劃迅速獲得軟件授權(quán)。Noone指出：“在前期就與ANSYS合作對于加快Stargate設(shè)計(jì)周期至關(guān)重要，例如，我們仿真了打印機(jī)內(nèi)部的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，以便優(yōu)化實(shí)際打印過程中的材料流動(dòng)。”

雖然設(shè)計(jì)和制造打印機(jī)需要時(shí)間和資金，但是與購買固定加工設(shè)備和建造制造工廠所需的數(shù)千萬美元相比，這個(gè)投資要低得多。采用3D打印機(jī)還可以最大限度提高工程團(tuán)隊(duì)的靈活性，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代。Noone指出：“重組傳統(tǒng)制造設(shè)施可能需要花費(fèi)數(shù)月時(shí)間和數(shù)百萬美元。但是我們能夠在18天內(nèi)就完成新發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，而且在30天內(nèi)完成全新飛行器的迭代工作，這讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)航空航天行業(yè)中無可匹敵的靈活性和響應(yīng)度。”

此外，Relativity工程師還依靠ANSYS仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)Aeon，這是第一臺(tái)完全采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。Aeon在發(fā)射時(shí)能夠產(chǎn)生15,500磅的推力，它是由鎳合金制造而成，由于僅包含三個(gè)部件，這款發(fā)動(dòng)機(jī)分三次打印制造而成。

Relativity產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用ANSYS Fluent軟件對發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射單元、冷卻孔和歧管進(jìn)行了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD)仿真，通過優(yōu)化這些區(qū)域的流動(dòng)性能，工程師能夠縮短整個(gè)設(shè)計(jì)周期，同時(shí)降低物理測試的高額成本。此外，還采用ANSYS Mechanical評估了發(fā)射等重要環(huán)節(jié)中Aeon發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，100多次試發(fā)射已經(jīng)確認(rèn)了ANSYS仿真技術(shù)能夠有效優(yōu)化Aeon的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

作為利用3D打印技術(shù)制造超大型產(chǎn)品的制造商，Relativity Space自然而然地對ANSYS在2018年發(fā)布的ANSYS Additive Suite 十分感興趣，該款軟件能夠優(yōu)化從材料成分到機(jī)器設(shè)置的整個(gè)3D打印過程。

Noone表示：“ANSYS Additive Suite真是太棒了。在實(shí)際投入材料進(jìn)行生產(chǎn)之前，我們可以仿真每次打印的結(jié)果，從而大幅減少風(fēng)險(xiǎn)。”采用金屬材料制造巨大的部件形狀存在非常高昂的試錯(cuò)成本，ANSYS Additive Suite 中的新功能使Relativity工程團(tuán)隊(duì)能夠預(yù)測并解決變形區(qū)域，確保幾何結(jié)構(gòu)精度，消除材料浪費(fèi)和避免潛在機(jī)器損壞等。

Relativity公司的Aeon發(fā)動(dòng)機(jī)及其命名為Terran的運(yùn)載火箭，其最初應(yīng)用將會(huì)是商用衛(wèi)星市場。該公司在這個(gè)行業(yè)占據(jù)獨(dú)特的市場，即為1,250公斤（大約一輛小型汽車的大小）范圍內(nèi)的衛(wèi)星提供按發(fā)射付費(fèi)服務(wù)。

由于能夠通過增材制造技術(shù)每60天制造一個(gè)新的運(yùn)載火箭，而相比之下采用傳統(tǒng)制造方法則需要一年的研發(fā)時(shí)間，因此Relativity希望能夠占領(lǐng)這個(gè)快速增長的市場，Relativity已經(jīng)與客戶簽訂了計(jì)劃在2020年進(jìn)行首次發(fā)射的合同，不過顯然雄心壯志的Relativity Space不止于此，他們的長期愿景要宏偉得多：希望成為首個(gè)能夠在火星上制造和發(fā)射3D打印火箭的公司。

Noone表示：“我們預(yù)測人類移民外星球?qū)?huì)逐步興旺。不過，最初火星上的資源會(huì)非常匱乏，而增材制造技術(shù)的靈活、相對輕量化特性可以提供一種快速低成本的方式，比如制造人類生存所需的物品以及返回地球所需的火箭。例如，Aeon發(fā)動(dòng)機(jī)是由氧氣與甲烷這兩種在火星上非常容易生產(chǎn)的推進(jìn)劑驅(qū)動(dòng)，我們承認(rèn)這個(gè)想法聽起來像天方夜譚，但是我們希望激勵(lì)更多的初創(chuàng)公司加入進(jìn)來，因?yàn)樾」疽部梢杂写髩粝搿！?/p>