商业航天装备因其尺寸大、结构复杂、薄壁结构占比高、内部流道精密等特点,制造难度高,对材料综合性能要求极高。传统制造工艺存在流程繁琐、工序链冗长等问题,难以满足航天制造的需求。增材制造(3D打印)技术应运而生,其在轻量化、高性能材料、复杂集成、快速响应、功能一体化方面具备显著优势。
目前,增材制造在航空航天领域主要应用激光粉末床熔融(SLM)和定向能量沉积(DED)技术。SLM技术高精度、高表面质量,适合制造复杂精细结构,如发动机喷注器、涡轮叶片等;DED技术具有高沉积速率、局部调整零件的特性,适合大尺寸构件制造。
增材制造可应用于火箭的多个环节,包括发动机涡轮泵、推力室、阀门、栅格舵、舱段等,以及卫星的轻量化主承力结构、点阵结构设计与制造、多功能结构一体化等。通过应用增材制造技术,可以缩短制造周期,提高结构一致性,降低成本。例如,Orbex公司采用L-PBF技术打印一体化推力室,显著减轻了重量,提高了效率;Relativity Space采用3D打印技术大幅简化了产品供应链,缩短了制造周期;国内天龙二号液体运载火箭的发动机也应用了3D打印技术,降低了成本和重量。
全球范围内,增材制造在商业航天领域的发展势头良好。国际方面,Orbex、Launcher、Relativity Space、NASA、SpaceX、ESA等公司均积极应用增材制造技术。国内方面,天龙二号、星河动力等公司也取得了显著成果。
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风险提示:卫星组网进展不及预期、火箭发射进程不及预期、技术进步不及预期等。