增材製造(3D列印)在工業製造中已有著舉足輕重的地位。特別是在航空航天領域的應用,能縮短新型航空航天裝備的研發周期,提高材料的利用率,節約昂貴的戰略材料,降低製造成本,提升設計自由度,優化零件結構,減輕重量,零部件快速修復等優勢使之成為了一種關鍵技術。
/ 3D列印成為突破新型航空航天裝備發展的關鍵技術
隨著航空航天技術的發展,火箭技術也在不斷地進步和發展。火箭作為快速遠距離運送工具,在探空、發射人造衛星、載人飛船、空間站、飛彈等領域得到了廣泛應用。火箭是目前唯一能使物體達到宇宙速度,克服或擺脫地球引力,進入宇宙空間的運載工具,而火箭的速度是由火箭發動機工作獲得的。
美國可重複使用的獵鷹重型火箭及其發動機
作為火箭發動機的關鍵零件,燃燒室必須在高溫和高壓的極端工作條件下實現所需的性能、效率和可靠性。目前任何傳統技術,包括衝壓、機加工、釺焊、焊接和再次機加工的許多手段,都不可能在短時間內從零開始製造出一個幾乎完工的燃燒室。而金屬3D列印卻能以獨特的優勢,成功突破傳統火箭發動機製造模式的低生產效率、複雜工藝路線、周期長的瓶頸,提升火箭關鍵組件的製造水平與產品性能。
3D科學谷白皮書
/ 粉末擠出列印技術製造火箭關鍵組件優勢突顯
本著賦能中國航空航天事業高質量發展,以降低未來火箭發動機的製造複雜性、節約時間、減少製造組裝成本的目的。升華三維積極挖掘公司金屬3D列印應用範圍,努力探索創新突破點。採用自主研發的高溫合金材料,通過國內首創的粉末擠出列印技術(PEP)已成功製備出大尺寸、複雜結構集成化設計的火箭燃燒室組件。且在功能測試中表現出優異的性能,這對滿足航空航天工業的苛刻標準至關重要。
火箭燃燒室-燒結
升華三維
/ 「3D列印+粉末冶金」 間接3D列印
PEP技術是由升華三維推出的一種將「3D列印+粉末冶金」相結合的金屬/陶瓷間接3D列印技術。PEP技術具有低溫成型,高溫成性的特點,可以確保產品性能的一致性。利用3D列印的技術優勢,可實現如銅、鎢等高溫合金材料的無模成型,3D列印系統將顆粒料加熱成熔融膏狀,再擠壓並逐層堆積成形,列印出具有複雜結構、輕量化設計、一體化成型的結構件生坯。然後再結合粉末冶金的脫脂燒結等工藝進行後處理,獲得最終的高性能部件,從而獲得滿足實際應用需求的產品。
粉末擠出列印技術(PEP)
/ PEP技術的優點及不足均可成為其優勢
PEP技術合理避開以雷射作為能量源的直接金屬3D列印,採取基於FDM技術的材料擠出列印方式,螺杆擠壓系統構造原理簡單,可有效地縮減了投入成本。不過也因擠出噴嘴口徑限制,製造出的產品具有一定的表面粗糙度。然而,在火箭燃燒室的設計中它卻起到了積極作用,通道中的粗糙表面可以顯著增加冷卻液的傳熱。在一些傳統製造的發動機中,燃燒室通道也會以特殊方式加工來獲得人工粗糙度。在此方面的不足,反而變成了優勢,從而減少了後續加工。
/ 為大尺寸複雜構件製造提供解決方案
而大尺寸工業獨立雙噴嘴印表機UPS-556作為PEP技術的核心系統,具有獨特形狀的自由設計(包含中空夾層、鏤空點陣結構、隨形流道等)、異形拓撲優化、輕量化設計、多組件整合及廣泛特殊材料適配的能力。該系統單體結構部件最大成型尺寸可達500mm×500mm×600mm,解決了大尺寸複雜構件傳統製造過程中的難點和痛點,同時也可為中小尺寸複雜構件實現批量化生產,為航空航天工業提供了數字化、短流程、高質量的先進增材製造解決方案。
UPS-556列印的火箭燃燒室生坯
升華三維
/ PEP技術助力航空航天裝備高質量發展
航空航天製造領域作為工業界皇冠上的璀璨明珠,集成了一個國家所有的高精尖技術,使國家戰略計劃得以實施。如今,中國的航空航天企業已經不再遲疑是不是該採用3D列印技術,而是集中精力探索如何通過3D列印技術保持航空航天製造技術的領先性,發揮國之重器應有的強大力量。
升華三維已掌握金屬/陶瓷間接3D列印技術在列印裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟體等關鍵核心技術,並為科研教育、工業製造、航天航空、軍事國防、生物醫療、汽車、模具製造、新能源等領域,提供從材料開發製備、3D列印設備研發生產、脫脂燒結工藝到列印服務一整套高性能間接3D列印整體解決方案。升華三維表示,未來將繼續提升技術實力,深耕行業應用市場,貢獻於航空航天裝備應用的高質量發展。