2021年，中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展如火如荼，空間站建設(shè)和探測(cè)器登陸火星均取得巨大成功；50多次發(fā)射奪得全球數(shù)量第一并刷新了本國(guó)年度紀(jì)錄。在商業(yè)航天領(lǐng)域，深藍(lán)航天、 零壹空間、星際榮耀等公司動(dòng)作頻繁，表現(xiàn) 同樣搶眼。3D打印技術(shù)繼續(xù)在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，本期， 3D打印技術(shù)參考對(duì)本年度航空航天領(lǐng)域的3D打印技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。

1. 零壹空間OS-X6B火箭首次采用3D打印姿控動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品飛行，試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功

2021年2月5日，零壹空間科技集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的OS-X6B新型智能亞軌道火箭暨“重慶兩江之星”在西北某發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射，試驗(yàn)載荷成功分離，全程飛行正常。該枚火箭為零壹空間OS-X系列商業(yè)火箭，是為航空航天技術(shù)驗(yàn)證量身打造的專(zhuān)用飛行試驗(yàn)平臺(tái)，OS-X6B火箭首次采用3D打印姿控動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品飛行。

零壹空間OS-X6B火箭及姿控動(dòng)力系統(tǒng)整機(jī)

零壹空間自研姿控動(dòng)力系統(tǒng)取消傳統(tǒng)管路連接各功能部件，創(chuàng)新性應(yīng)用鈦合金3D打印技術(shù)，以異型氣瓶為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，且提前預(yù)制了內(nèi)部流通孔道，減少管路組件，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)管路連接方案相同功能前提下，全系統(tǒng)減重34.38%，質(zhì)量不超過(guò)10kg，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性大幅提高，在3000g沖擊環(huán)境條件下適應(yīng)性良好。

2. 空天引擎“炎馭一號(hào)甲”火箭發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件均采用3D打印工藝路線(xiàn)

2021年4月23日，空天引擎自主研發(fā)的“炎馭一號(hào)甲”液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)圓滿(mǎn)完成協(xié)調(diào)性熱試車(chē)，中國(guó)航天報(bào)進(jìn)行了報(bào)道?！把遵S一號(hào)”系列發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件推力室、燃?xì)獍l(fā)生器等均采用3D打印工藝路線(xiàn)，設(shè)計(jì)靈活性大幅提高，制造效率顯著提升，大幅度降低了小型泵壓式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期和成本。

炎馭一號(hào)甲發(fā)動(dòng)機(jī)（來(lái)源：中國(guó)航天報(bào)）

相對(duì)美國(guó)Rocket Lab公司“電子號(hào)”火箭的“盧瑟福”發(fā)動(dòng)機(jī)，“炎馭一號(hào)”系列發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省了大量的電池和電機(jī)等組件，降低了火箭和發(fā)動(dòng)機(jī)的死重，并且發(fā)動(dòng)機(jī)比沖顯著高于“盧瑟福”發(fā)動(dòng)機(jī)，能有效提高火箭的載荷能力。目前國(guó)內(nèi)無(wú)成熟的2T級(jí)推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，該型號(hào)首次實(shí)現(xiàn)基于燃?xì)獍l(fā)生器熱力循環(huán)的2T級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)全系統(tǒng)驗(yàn)證，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該型號(hào)空白，可對(duì)中國(guó)航天液體動(dòng)力提供有益補(bǔ)充，將為中國(guó)商業(yè)航天領(lǐng)域增添新的動(dòng)力型譜，更能促進(jìn)火箭發(fā)射的成本降低和技術(shù)發(fā)展，為未來(lái)商業(yè)航天、各類(lèi)飛行器增加了更多的選擇空間。

3. 中國(guó)空間站相關(guān)研制工作廣泛采用金屬3D打印技術(shù)

北京時(shí)間2021年4月29日，中國(guó)空間站核心艙“天和號(hào)”成功發(fā)射，并最終進(jìn)入預(yù)定軌道，按照計(jì)劃，空間站夢(mèng)天艙將于明年發(fā)射。3D打印技術(shù)參考從中國(guó)空間技術(shù)研究院獲悉，夢(mèng)天艙的 重要結(jié)構(gòu)件導(dǎo)軌支架采用了3D打印的 薄壁蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，鉑力特參與了該部件初樣的試制工作。所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣單元為BCC形式，整個(gè)導(dǎo)軌支架共11塊，每個(gè)結(jié)構(gòu)塊由BLT-S510一體成形，即同時(shí)打印出內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和外側(cè)的蒙皮結(jié)構(gòu)，單件最大尺寸為400mm×500mm×400mm，單件打印時(shí)間約150小時(shí)，打印完成后組裝拼接最大部分尺寸可達(dá)2000mm。

3D打印的蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（示意）

蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)已經(jīng)成熟用于航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。3D打印技術(shù)參考還于《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》獲悉，航天五院設(shè)計(jì)的一種封閉蒙皮包裹三維點(diǎn)陣層級(jí)結(jié)構(gòu)的設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)，比采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造方法的結(jié)構(gòu)減重46.4%，實(shí)物已應(yīng)用于某型號(hào)衛(wèi)星載荷支撐任務(wù)。封閉蒙皮包裹三維點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)形式可以有效提高支架類(lèi)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率，在航天器結(jié)構(gòu)輕量化方面具有推廣應(yīng)用前景。

4. “天問(wèn)一號(hào)”攜“祝融火星車(chē)”成功落火，3D打印發(fā)揮重要作用

北京時(shí)間2021年5月15日8時(shí)20分左右，中國(guó)首枚火星探測(cè)器“天問(wèn)”一號(hào)成功著陸火星北半球的烏托邦平原。根據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)的消息，航天五院529廠針對(duì)“嫦娥”系列、火星探測(cè)器等新一代輕量化航天器發(fā)展需求，積極開(kāi)展3D打印技術(shù)的研究與應(yīng)用，取得了較好的效果。該廠研究人員介紹道，相比于傳統(tǒng)鑄件或者鍛造產(chǎn)品，3D打印的產(chǎn)品研制周期明顯縮短，力學(xué)性能得到提升。

天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器著陸過(guò)程（來(lái)源：航天五院）

在天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器上，航天六院研制交付了著陸巡視器和環(huán)繞器的推進(jìn)分系統(tǒng)，共計(jì)48臺(tái)大大小小的發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，作為著陸巡視器主發(fā)動(dòng)機(jī)的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)在制造過(guò)程中因3D打印技術(shù)的使用取得了重要效益：重量和體積只有以前發(fā)動(dòng)機(jī)的三分之一，結(jié)構(gòu)也更加優(yōu)化、緊湊。發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)接法蘭框還首次采用3D打印技術(shù)，一次打印成型避免大余量去除原實(shí)心棒材或鍛件引起的變形，也保證了發(fā)動(dòng)機(jī)與總體對(duì)接的質(zhì)量穩(wěn)定性。

5. 長(zhǎng)征二號(hào)F火箭發(fā)射神舟十二載人飛船，3D打印使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)更加可靠

6月17日，長(zhǎng)征二號(hào)F遙十二運(yùn)載火箭托舉著載有聶海勝、劉伯明、湯洪波三名航天員的神舟十二號(hào)載人飛船駛向太空，入住我國(guó)空間站。作為生產(chǎn)制造該火箭所用芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)、助推器發(fā)動(dòng)機(jī)的航天科技集團(tuán)六院7103廠，采用了3D打印技術(shù)制造所需零件，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)更可靠，效率速度也得到了雙提升。

發(fā)動(dòng)機(jī)推力室隔板加強(qiáng)肋的工藝改進(jìn)，是在本次火箭配套發(fā)動(dòng)機(jī)16項(xiàng)工藝狀態(tài)變化中最典型的代表之一。3D打印技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了加強(qiáng)肋產(chǎn)品加工方法的“雙創(chuàng)新”：一方面實(shí)現(xiàn)了工藝制造技術(shù)創(chuàng)新，突破了傳統(tǒng)工藝制造難題，解決了因結(jié)構(gòu)限制導(dǎo)致產(chǎn)品合格率低的問(wèn)題；另一方面實(shí)現(xiàn)了高效、快捷、綠色的制造模式創(chuàng)新，突破傳統(tǒng)制造模式低生產(chǎn)效率瓶頸，解決了多種廢液、粉塵氣味等環(huán)保問(wèn)題，可直接制備出形狀復(fù)雜、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。相比于傳統(tǒng)鑄件，產(chǎn)品尺寸精度及穩(wěn)定性更高，產(chǎn)品多項(xiàng)性能指標(biāo)接近甚至超過(guò)傳統(tǒng)鑄件歷史最高值。7103廠增材制造創(chuàng)新中心主任楊歡慶指出，“通過(guò)3D打印技術(shù)替代熔模精密鑄造工藝，加強(qiáng)肋制造周期縮短了75%，合格率由不足20%提升至98%，成本降低了30%。”

6. 星際榮耀雙曲線(xiàn)二號(hào)、三號(hào)火箭均采用3D打印技術(shù)

據(jù)星際榮耀6月消息，該公司雙曲線(xiàn)三號(hào)液體運(yùn)載火箭正式從總體方案論證階段轉(zhuǎn)入型號(hào)研制階段。該火箭是目前已知國(guó)內(nèi)規(guī)劃的直徑最大、運(yùn)載能力最強(qiáng)、每公斤載荷發(fā)射價(jià)格最低的可重復(fù)使用液體運(yùn)載火箭，將是參與商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)發(fā)射任務(wù)的主力型號(hào)。雙曲線(xiàn)三號(hào)采用了大量先進(jìn)技術(shù)，其中結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化設(shè)計(jì)技術(shù)通過(guò)采用3D打印、復(fù)合材料、非火工分離、結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)、載荷精細(xì)化設(shè)計(jì)等措施，提高火箭結(jié)構(gòu)效率，提升一子級(jí)回收條件下的運(yùn)載能力。

雙曲線(xiàn)二號(hào)火箭格柵舵采用了整體3D打印技術(shù)

7月，星際榮耀發(fā)布消息稱(chēng)，該公司進(jìn)行了雙曲線(xiàn)二號(hào)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭柵格舵子系統(tǒng)地面驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程覆蓋火箭飛行任務(wù)全流程，取得圓滿(mǎn)成功。柵格舵是一種火箭飛行姿態(tài)控制裝置，在垂直回收運(yùn)載火箭上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能夠完全重復(fù)使用的柵格舵系統(tǒng)具有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。研制團(tuán)隊(duì)基于任務(wù)需求大膽創(chuàng)新，先后完成了多方案對(duì)比優(yōu)化、氣動(dòng)力熱仿真、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)電氣一體化設(shè)計(jì)、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性分析、整體3D打印等設(shè)計(jì)與制造難關(guān)。

7. 最大尺寸達(dá)0.6×0.6×0.6m，3D打印深入影響我國(guó)民營(yíng)火箭深藍(lán)航天的制造流程

2021年7月，深藍(lán)航天“星云-M”1號(hào)試驗(yàn)火箭在陜西銅川深藍(lán)航天試驗(yàn)基地完成了首次垂直起飛和垂直降落的自由飛行試驗(yàn)（又稱(chēng)“蚱蜢跳”），首飛試驗(yàn)任務(wù)圓滿(mǎn)成功?！靶窃?M”1號(hào)試驗(yàn)箭配套了由深藍(lán)航天自主研制的“雷霆-5”型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（LT-5），是國(guó)內(nèi)首型使用3D打印技術(shù)制造的針?biāo)ㄊ诫妱?dòng)泵液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。

深藍(lán)航天3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零部件

LT-5發(fā)動(dòng)機(jī)大量選用3D打印技術(shù)，利用先進(jìn)的打印設(shè)備最大限度發(fā)揮鎳基高溫合金粉末材料的高強(qiáng)度、延展性、抗斷裂性和低可變性等優(yōu)質(zhì)特性，成功突破傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造模式的低生產(chǎn)效率、復(fù)雜工藝路線(xiàn)、周期長(zhǎng)的瓶頸。目前正在研制中的新型發(fā)動(dòng)機(jī)同樣選擇了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的3D打印技術(shù)和后處理工藝，新交付的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)部件最大尺寸達(dá)到0.6×0.6×0.6m。通過(guò)一系列的研制測(cè)試，自主掌握了3D打印粉末選型、增材制造形性控制、增材流道結(jié)構(gòu)表面高質(zhì)量磨料流光整等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具備了產(chǎn)品多行面、多腔道、再生冷卻通道等復(fù)雜精密構(gòu)件的增材制造研制能力。

8. 中國(guó)航天科工二院采用3D打印技術(shù)在飛行器研制中取得重要里程碑

8月27日，中國(guó)航天科工二院二部發(fā)布消息稱(chēng)實(shí)現(xiàn)了某型飛行器產(chǎn)品復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D打印集成制造，并指出這是3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域飛行器研制中的重要里程碑，進(jìn)一步提升了飛行器輕量化水平，為未來(lái)新一代飛行器發(fā)展提供了有力支撐。

中國(guó)航天科工集團(tuán)二院二部實(shí)現(xiàn)某型飛行器產(chǎn)品復(fù)雜結(jié)構(gòu)3D打印集成制造 （來(lái)源：二院二部 ）

二院二部是我國(guó)組建最早的從事尖端科學(xué)技術(shù)與研制的單位，是我國(guó)最為重要的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制、生產(chǎn)單位和空天防御事業(yè)發(fā)展的領(lǐng)軍單位。二部專(zhuān)家介紹，航天飛行器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零部件多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高。飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品“無(wú)模具”制造，生產(chǎn)效率提高了一倍，在確保性能不下降的基礎(chǔ)上，成本降低近一半，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中加工時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量管控難度大、成本高等難題，通過(guò)3D打印一體化成型技術(shù)，數(shù)字化制造能力大幅提升。

9. 星眾空間 “靈巧號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星采用3D打印制造

12月17日，由鉑力特打印、星眾空間出品的“靈巧號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星搭載由陜西第一家商業(yè)火箭公司陜西華羿鴻達(dá)科技發(fā)射的“華羿一號(hào)”亞軌道火箭在西北某試驗(yàn)場(chǎng)成功實(shí)施首次飛行。

金屬3D打印的“靈巧號(hào)”衛(wèi)星相關(guān)產(chǎn)品（來(lái)源：鉑力特）

3D打印技術(shù)參考獲悉，金屬3D打印的“靈巧號(hào)”衛(wèi)星，是星眾空間專(zhuān)為生物、醫(yī)藥、材料、能源等太空實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的衛(wèi)星平臺(tái)。鉑力特本次負(fù)責(zé)了“靈巧號(hào)”衛(wèi)星主框架結(jié)構(gòu)的打印，包括4件面板和4件橫梁。為了滿(mǎn)足主框架結(jié)構(gòu)輕質(zhì)、高剛度的技術(shù)要求和項(xiàng)目緊急的節(jié)點(diǎn)要求，鉑力特采用AlMgSc高強(qiáng)度鋁合金作為原材料，采用BLT-S400三激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速研制。 鉑力特接到生產(chǎn)任務(wù)后快速響應(yīng)，使用BLT-S400系列三激光設(shè)備一爐完成成形，總機(jī)時(shí)35h。由于項(xiàng)目緊急，零件在內(nèi)部做24小時(shí)流轉(zhuǎn)，經(jīng)后處理、機(jī)加工、陽(yáng)極化等處理，在截止日當(dāng)天晚上10點(diǎn)完成交付，項(xiàng)目總周期8天。

10. 航天科技一院211廠成功掌握高強(qiáng)鋁合金艙段3D打印技術(shù)

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)消息，航天科技一院211廠于2021年成功掌握高強(qiáng)鋁合金艙段3D打印技術(shù)。高強(qiáng)鋁合金艙段普遍應(yīng)用于211廠多個(gè)型號(hào)產(chǎn)品。以前，該型艙段產(chǎn)品以鑄造、鍛造為主，但是鑄造、鍛造生產(chǎn)均有“缺陷”。在一重點(diǎn)型號(hào)預(yù)研階段，該廠提出采用增材制造方法，并得到設(shè)計(jì)部門(mén)的認(rèn)可。

但是艙段毛坯重量過(guò)大，超出了電弧增材設(shè)備工作平臺(tái)的承載極限。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)自主研究工作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，拆除平臺(tái)廢重，并設(shè)計(jì)制作了“八爪”結(jié)構(gòu)工裝，不僅大幅降低了平臺(tái)自重，還最大限度地?cái)U(kuò)展了成形零件的尺寸。然而，艙段剛上架，問(wèn)題又出現(xiàn)。由于內(nèi)壁上的特征結(jié)構(gòu)，艙段需要翻轉(zhuǎn)90度后成形。但艙段太重，翻轉(zhuǎn)易受到慣性影響，出現(xiàn)位置偏移。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在不增加重量的情況下，設(shè)計(jì)了定位裝卡方案，解決了打印過(guò)程艙段偏移的問(wèn)題，該廠成功掌握艙段產(chǎn)品3D打印技術(shù)。

文章來(lái)源：3D打印技術(shù)參考