在传统认知中，孔隙常被视为激光粉末床熔融（LPBF）金属3D打印技术的缺陷，但在航空航天、过滤及催化等领域，这种结构却展现出独特的应用价值。近期，美国航空航天企业Astrobotic与金属3D打印材料开发商Elementum 3D合作，推出了一项名为PermiAM的创新工艺，通过精准调控金属内部孔隙率，为火箭发动机制造开辟了新路径。
PermiAM工艺基于传统LPBF技术，但突破性地实现了在同一制造过程中同时保证材料整体致密度与指定位置开孔结构的生成。通过调整激光扫描参数，工程师能够精确控制孔隙的大小、形状及连通性，满足不同工程场景的需求。例如，在火箭发动机喷注器制造中，该技术可根据部件功能需求，在局部区域设计高孔隙率结构以增强冷却效果，同时在关键承力部位保持高致密度以确保强度。
为验证技术可行性，团队开发了三种铝合金与铜合金测试样品：一种相对密度74.7%、开孔率13.2%的立方体，内部包含曲折通道；另一种相对密度88.3%、开孔率5.4%的零件，内部为狭窄直通道；第三种相对密度76.5%、开孔率17.2%的样品，则结合了迷宫式通道与高孔隙率区域。测试结果显示，高孔隙率结构外围的支撑环仍能实现可靠致密成型，为喷注器面板的制造提供了关键技术支撑。
热火测试数据进一步证明了PermiAM技术的优势。采用该工艺制造的燃料喷注器在持续工作中，端面温度稳定低于50℃，甚至常低于10℃，验证了其“面冷却”效果；同时，部件可承受超过5.52MPa的腔室压力，表明孔隙结构未显著削弱整体强度。这些特性使其完全符合NASA及商业航天项目的严苛要求。
在近期进行的旋转爆震发动机测试中，Astrobotic对两台原型机进行了总时长470秒的八次点火试验，其中包括一次300秒的连续燃烧。发动机关键部件采用PermiAM技术制造，通过在高密度区域增强强度、在高孔隙率区域优化冷却与流体流动，实现了推力超过1.8吨且运行稳定的目标。测试后发动机无明显损坏，后续改进将聚焦于提升冷却效率、优化节流能力及减轻重量。
该技术的突破性在于将传统需要多零件组装的复杂流体控制系统，集成至单个3D打印部件中。通过直接控制金属内部孔隙率，工程师能够同时解决火箭发动机的散热、稳定性与效率三大核心挑战。例如，在喷注器设计中，孔隙结构既可作为冷却通道降低温度，又能通过调节连通性优化燃料混合效率，从而提升燃烧稳定性。
Astrobotic计划将PermiAM技术应用于月球着陆器及空间飞行器的推进系统开发。此前，Elementum 3D已与NASA合作完成铝合金发动机部件的热火测试，进一步验证了该材料体系在极端环境下的可靠性。从注塑模具的随形透气结构到航天发动机的孔隙率调控，3D打印技术正通过创新应用，将传统“缺陷”转化为功能性优势，为高端制造领域带来颠覆性变革。
