2022年8月，工業和信息化部發布了《首批增材製造典型應用場景名單》，經過地方推薦、專家評審、社會公示等程序，形成了首批增材製造典型應用場景，共有工業、醫療、建築、文化等領域的36個優質應用場景入選。
為加快增材製造先進技術與裝備應用推廣，中國增材製造產業聯盟設立「增材製造典型應用場景案例專欄」，從需求痛點、案例介紹、技術先進性、應用成效、下一步計劃等角度立體展示優秀成果案例。
近日，中國增材製造產業聯盟發布了該專欄的第二期案例—「衛星關鍵零部件整體化製造」。
/ 背景概述
（一）需求痛點
隨著航天裝備製造業的發展，大尺寸、結構複雜的零件需求日益迫切，其行業的特殊性要求零件在更極端的條件下服役，因此對這些結構件的性能要求也比較高，主要體現在其耐用性和極限輕量化等方面。這些零件需要使用新材料以保證其耐用性，同時通過工藝保證大尺寸零件性能和極限輕量化。傳統加工工藝難以滿足加工需求，制約了衛星關鍵零部件的加工研製。
（二）解決方案
雷射選區熔化增材成形技術是以原型製造技術為基本原理髮展起來的一種先進的雷射增材製造技術。該技術可實現難熔金屬及合金加工，滿足零件設計自由度的要求，無論是異形曲面、複雜流道結構還是薄壁複雜結構，都可以滿足製造要求；同時，在確保穩定提升性能的基礎上，節能化設計各類零部件，滿足輕量化設計要求，極大程度降低零件重量，為衛星關鍵零部件整體化製造提供了可實現的技術途徑。
/ 案例介紹——衛星肼瓶支架
（一）案例描述
肼瓶是衛星推進用燃料的儲存容器，肼瓶支架作為連接肼瓶與星體的結構，負責肼瓶的安裝及推進力的傳遞等，是推進系統的關鍵承力件。發射衛星入軌運行的成本可以達到每公斤數十萬元以上，而且，衛星重量增加會對運載推進技術提出更高的要求，因此，衛星上零部件的減重有著極高的必要性。
圖1 鉑力特雷射增材製造肼瓶支架
針對承力要求及迫切的減重需求，採用了點陣+蒙皮整體輕量化結構的設計方案，並採用雷射選區熔化成形進行整體增材製造成形。
圖2 點陣+蒙皮 肼瓶支架
肼瓶支架利用西安鉑力特公司的BLT-S600型雷射選區熔化成形裝備成形製造，最大可成形尺寸為600mm×600mm×600mm，可滿足多種應用場景零件尺寸需求。同時，BLT-S600在列印過程中可以實現點陣結構、薄壁結構一體成形，減少了傳統工藝下的支撐、連接結構，大大降低了零件成形後的重量，可以實現極端輕量化，滿足航空航天等領域對零件嚴苛質量和安全保障的要求。
圖 3 鉑力特雷射選區熔化成形設備BLT-S600
（二）技術水平及先進性
和傳統鍛鑄造工藝相比，產品通過點陣+蒙皮整體輕量化結構的設計方案，使用鋁合金粉末在雷射選區熔化工藝下進行整體增材製造成形，使整體減重超過60%，整星結構實現結構質量占比降至15%以內；整體增材製造工藝簡單，製造周期縮短，成本降低；整體製造減少了螺接、膠接、焊縫等的數量，從而提高了零部件的可靠性；結構性能上，結構頻率提升近50%。
/ 應用推廣成效
該型肼瓶支架已經經過了各項地面考核，成功入軌運行。相關成果已拓展至其他數十個衛星型號、上百種其他衛星零件的研製和生產，支撐了我國探月等重大工程的研製。
/ 下一步提升及推廣
目前，通過點陣蒙皮的一體化設計和一體化增材製造，已經實現了衛星結構件的研製和應用。下一步，為追求更極致的減重需求，同時，結合功能一體化的需求，研究防隔熱、減震緩震等功能需求場景下不同點陣形式，不同結構形式等的性能和製造，擴大點陣蒙皮結構在衛星上的應用，進一步提升衛星性能指標。該類產品具有很好的應用前景，針對國家重點型號研製，尤其是型號小型化、輕量化需求更加迫切，其推廣前景廣泛。
撰寫單位：西安鉑力特增材技術股份有限公司