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年度总结:2021年中国航空航天领域3D打印技术10大应用

时间:2022-01-01 12:11 来源:3D打印技术参考 作者:admin 阅读:
极光尔沃
      2021年,中国航天事业发展如火如荼,空间站建设和探测器登陆火星均取得巨大成功;50多次发射夺得全球数量第一并刷新了本国年度纪录。在商业航天领域,深蓝航天、 零壹空间、星际荣耀等公司动作频繁,表现 同样抢眼。3D打印技术继续在这个领域发挥重要作用,本期, 3D打印技术参考对本年度航空航天领域的3D打印技术应用进行总结。



1. 零壹空间OS-X6B火箭首次采用3D打印姿控动力系统产品飞行,试验取得圆满成功

2021年2月5日,零壹空间科技集团有限公司自主研发的OS-X6B新型智能亚轨道火箭暨“重庆两江之星”在西北某发射场成功发射,试验载荷成功分离,全程飞行正常。该枚火箭为零壹空间OS-X系列商业火箭,是为航空航天技术验证量身打造的专用飞行试验平台,OS-X6B火箭首次采用3D打印姿控动力系统产品飞行。



零壹空间OS-X6B火箭及姿控动力系统整机

零壹空间自研姿控动力系统取消传统管路连接各功能部件,创新性应用钛合金3D打印技术,以异型气瓶为基础,对系统进行一体化设计,且提前预制了内部流通孔道,减少管路组件,实现了与传统管路连接方案相同功能前提下,全系统减重34.38%,质量不超过10kg,系统结构可靠性大幅提高,在3000g冲击环境条件下适应性良好。

2. 空天引擎“炎驭一号甲”火箭发动机核心部件均采用3D打印工艺路线

2021年4月23日,空天引擎自主研发的“炎驭一号甲”液氧煤油发动机圆满完成协调性热试车,中国航天报进行了报道。“炎驭一号”系列发动机核心部件推力室、燃气发生器等均采用3D打印工艺路线,设计灵活性大幅提高,制造效率显著提升,大幅度降低了小型泵压式火箭发动机的研制周期和成本。


炎驭一号甲发动机(来源:中国航天报)

相对美国Rocket Lab公司“电子号”火箭的“卢瑟福”发动机,“炎驭一号”系列发动机节省了大量的电池和电机等组件,降低了火箭和发动机的死重,并且发动机比冲显著高于“卢瑟福”发动机,能有效提高火箭的载荷能力。目前国内无成熟的2T级推力火箭发动机,该型号首次实现基于燃气发生器热力循环的2T级液氧煤油发动机全系统验证,填补了国内该型号空白,可对中国航天液体动力提供有益补充,将为中国商业航天领域增添新的动力型谱,更能促进火箭发射的成本降低和技术发展,为未来商业航天、各类飞行器增加了更多的选择空间。


3. 中国空间站相关研制工作广泛采用金属3D打印技术

北京时间2021年4月29日,中国空间站核心舱“天和号”成功发射,并最终进入预定轨道,按照计划,空间站梦天舱将于明年发射。3D打印技术参考从中国空间技术研究院获悉,梦天舱的 重要结构件导轨支架采用了3D打印的 薄壁蒙皮点阵结构,铂力特参与了该部件初样的试制工作。所设计的点阵单元为BCC形式,整个导轨支架共11块,每个结构块由BLT-S510一体成形,即同时打印出内部的点阵结构和外侧的蒙皮结构,单件最大尺寸为400mm×500mm×400mm,单件打印时间约150小时,打印完成后组装拼接最大部分尺寸可达2000mm。



3D打印的蒙皮点阵结构(示意)

蒙皮点阵结构已经成熟用于航天器结构产品。3D打印技术参考还于《机械工程学报》获悉,航天五院设计的一种封闭蒙皮包裹三维点阵层级结构的设备支撑结构,比采用传统设计及制造方法的结构减重46.4%,实物已应用于某型号卫星载荷支撑任务。封闭蒙皮包裹三维点阵的结构形式可以有效提高支架类结构的设计效率,在航天器结构轻量化方面具有推广应用前景。

4. “天问一号”携“祝融火星车”成功落火,3D打印发挥重要作用

北京时间2021年5月15日8时20分左右,中国首枚火星探测器“天问”一号成功着陆火星北半球的乌托邦平原。根据中国航天科技集团的消息,航天五院529厂针对“嫦娥”系列、火星探测器等新一代轻量化航天器发展需求,积极开展3D打印技术的研究与应用,取得了较好的效果。该厂研究人员介绍道,相比于传统铸件或者锻造产品,3D打印的产品研制周期明显缩短,力学性能得到提升。


天问一号探测器着陆过程(来源:航天五院)

在天问一号探测器上,航天六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统,共计48台大大小小的发动机。其中,作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机在制造过程中因3D打印技术的使用取得了重要效益:重量和体积只有以前发动机的三分之一,结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术,一次打印成型避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形,也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。

5. 长征二号F火箭发射神舟十二载人飞船,3D打印使火箭发动机更加可靠

6月17日,长征二号F遥十二运载火箭托举着载有聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员的神舟十二号载人飞船驶向太空,入住我国空间站。作为生产制造该火箭所用芯一级发动机、二级发动机、助推器发动机的航天科技集团六院7103厂,采用了3D打印技术制造所需零件,实现了发动机更可靠,效率速度也得到了双提升。


发动机推力室隔板加强肋的工艺改进,是在本次火箭配套发动机16项工艺状态变化中最典型的代表之一。3D打印技术的应用实现了加强肋产品加工方法的“双创新”:一方面实现了工艺制造技术创新,突破了传统工艺制造难题,解决了因结构限制导致产品合格率低的问题;另一方面实现了高效、快捷、绿色的制造模式创新,突破传统制造模式低生产效率瓶颈,解决了多种废液、粉尘气味等环保问题,可直接制备出形状复杂、性能稳定的产品。相比于传统铸件,产品尺寸精度及稳定性更高,产品多项性能指标接近甚至超过传统铸件历史最高值。7103厂增材制造创新中心主任杨欢庆指出,“通过3D打印技术替代熔模精密铸造工艺,加强肋制造周期缩短了75%,合格率由不足20%提升至98%,成本降低了30%。”

(责任编辑:admin)

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