商業(yè)航天行業(yè)深度研究報(bào)告（二）：增材重塑航天制造，3D打印賦能商業(yè)火箭降本放量.pdf

商業(yè)航天行業(yè)深度研究報(bào)告（二）：增材重塑航天制造，3D打印賦能商業(yè)火箭降本放量。商業(yè)航天裝備構(gòu)型復(fù)雜，制造難度高。商業(yè)航天裝備普遍具備外形尺寸較大、 整體構(gòu)型復(fù)雜、薄壁結(jié)構(gòu)占比高、內(nèi)部流道精密且形態(tài)多樣等典型特征，其服 役工況通常極為嚴(yán)苛，往往需在高溫、高壓、腐蝕介質(zhì)及強(qiáng)振動(dòng)載荷等多重極 端環(huán)境下協(xié)同作用，對(duì)材料綜合性能提出了極高要求。從制造特征來看，航天 類產(chǎn)品普遍呈現(xiàn)小批量、研制周期緊張、質(zhì)量與可靠性指標(biāo)嚴(yán)苛的特點(diǎn)，整體 制造難度高。

傳統(tǒng)航天制造瓶頸凸顯，增材制造應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)制造工藝在商業(yè)航天裝備生 產(chǎn)中普遍存在工藝流程繁瑣、工序鏈冗長、轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)過多等問題，增材制造 （Additive Manufacturing）是一種基于三維模型數(shù)據(jù)，通過材料逐層累加的方 式構(gòu)建物理實(shí)體的先進(jìn)制造技術(shù)。在輕量化方面，增材制造可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化 和仿生點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的一體化成形；在高性能材料方面，增材制造近凈成形，材料 利用率高，可獲得獨(dú)特高性能組織；在復(fù)雜集成方面，增材制造可以直接制造 帶有復(fù)雜內(nèi)部特征的 monolithic 結(jié)構(gòu)；在快速響應(yīng)上，增材制造可以數(shù)字化 驅(qū)動(dòng)，無需模具，適應(yīng)設(shè)計(jì)迭代快，具備多需求維度的優(yōu)勢(shì)；在功能一體化方 面，增材制造可以實(shí)現(xiàn)多材料梯度結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)-功能器件一體化制造。

目前以 SLM 和 DED 方案為主要選擇。目前常用于航空航天領(lǐng)域的有激光粉 末床熔融（Laser Powder Bed Fusion，LPBF）、電子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）、線材電弧增材制造（Wire and ArcAdditive Manufacturing， WAAM）、定向能量沉積（Directed Energy Deposition，DED）、熔融沉積成型 （Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）等；其中最廣泛的是基于激光的粉末床 熔融技術(shù)（SLM），以其高精度和高表面質(zhì)量，特別適合制造發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器、 渦輪葉片等復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)。此外定向能量沉積技術(shù)（WA-DED）也得到應(yīng)用， DED 具有高沉積速率、局部調(diào)整零件的特性、多軸打印能力、廣泛的材料適 用性等優(yōu)勢(shì),特別適用于大尺寸構(gòu)件制造。

增材制造適配箭星多類制造場(chǎng)景。目前增材制造在液體火箭中可以應(yīng)用的領(lǐng) 域包括發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵、推力室、閥門、柵格舵、艙段等環(huán)節(jié);在衛(wèi)星環(huán)節(jié)可以應(yīng) 用的領(lǐng)域包括衛(wèi)星輕量化主承力結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造、多功能結(jié)構(gòu)一體 化。