铂力特:试车成功！中国版“SpaceX”火箭发动机具有30多个3D打印件
李老哥
关灯吃面的老韭菜
2024-06-03 08:24:37
火箭卫星3D打印技术历史事件回顾：
1）----2021 年 7 月，深蓝航天完成了国内首次液氧煤油火箭垂直起飞和垂直降落（VTVL）自由飞行，即被称之为“蚱蜢跳”的运载火箭垂直回收飞行试验。本次试验飞行创造了中国民营航天的多个第一：首次由 3D 打印制造的火箭发动机完成真实飞行工况的考核；首次单台发动机试车、飞行重复使用累积超过 10 次。
2）.----2021 年 10 月 14 日，天兵科技成功研制国内首台 30 吨推力 HCP 火箭发动机。这一 30 吨级发动机采用了3D 打印技术，借鉴了液体和固体火箭的设计经验，提高了可靠性并降低了生产成本。这一突破意味着天兵科技已掌握了大吨位液体火箭发动机的全部关键技术，为低成本、重复使用型液体运载火箭的研制奠定了坚实的技术基础。
3）.----2022 年 5 月 7 日，深蓝航天成功完成公里级 VTVL 垂直回收飞行试验，其所配备的发动机是国内首型使用 3D 打印技术实现整机制造的针栓式液氧煤油发动机。
4）.----2023年3月，美国相对论空间公司发射了全球首枚3D打印运载火箭“人族一号”，该火箭85%的箭体结构(包括发动机)采用3D打印而成。火箭已成功通过Max-Q阶段，一级飞行正常，-二级分离正常，首次向全世界展示了3D打印火箭可承受最恶劣的轨道发射条件。
5）.----2023年7月18日09:27，搭载7颗小型卫星的“电子号”运载火箭从新西兰北岛玛西亚半岛火箭实验室1号发射场LC-1B工位发射升空，将卫星送入高度1000千米、倾角99.45度的太阳同步轨道（SSO）。该火箭使用碳纤维复合材料作为主体，采用一台名为“卢瑟福”（Rutherford）的电动涡轮发动机。这部发动机的所有主要部件均由 3D 打印完成。制造出一台完整发动机的所需时间不超过 24 小时，而一枚全新的“电子”好火箭的生产时间仅为 18 天。这款火箭的发射成本低至 490 万美元，不到传统火箭发射成本的 10%。
6）.----2023 年 9 月 27 日，星际荣耀圆满完成百吨级液氧甲烷火箭发动机焦点二号是专门为多机并联重复使用火箭设计的一型高炬式点火、3D 打印、全电动阀门和智能故障诊断等大量先进技术，具有推质比高、力 85 吨，真空推力 105 吨，推力调节范围 35%-110%，推质比大于 100，采用了火重复使液体运载火箭双曲线三号（代号 SQX-3）的主发动机
7）.----2024年3月初，Sidus Space公司的第一颗3D打印卫星,这颗卫星80%是3D打印技术，LizzieSat-1从加利福尼亚州范登堡空军基地搭乘SpaceX Transporter-10发射升空，并进入预定轨道。如果没有3D打印技术，这项任务是不可能完成的。这个卫星80%的部件都是通过3D打印制造出来的。凡是自己能3D打印出来的，团队都3D打印出来了。另外，他们正在以各种不同的方式使用它，除了零件本身，还在制造工装工具。
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1.星河动力被外界称为是中国版的“SpaceX”，这是一家国内民营商业火箭公司。近日，该公司宣布其“苍穹”50吨可重复使用液氧/煤油发动机的首次全系统试车成功，正式进入工程设计制造阶段。据资源库了解，“苍穹”火箭发动机具有30多个金属3D打印部件，包括涡轮泵和液氧/煤油主阀外壳在内的多个关键部件。这些都是由航空航天制造服务提供商飞而康使用华曙高科的金属激光粉末床融合解决方案3D打印而成。事实上，星河动力并未在内部生产“苍穹”的3D打印部件，而是选择在2019年将其外包给银邦股份子公司-飞而康。为完成此订单，后者在四个多月的时间里进行生产并完成了验收。基于华曙高科大型金属3D打印解决方案，飞康工程团队针对火箭发动机生产流程开发了多套定制化生产工艺。这些工艺包括激光束焊接、五轴加工、动平衡测试、阳极氧化处理、气动和液压测试等。
2.根据南极熊报道，2023年1月16日，国产民营航天公司星河动力航天（Galactic Energy）在其 B 轮融资中筹集了超过12.66亿人民币（约1.88 亿美元），现在已委托服务公司无锡飞而康（Falcontech）为其 WELKIN 火箭发动机 3D 打印30 多个零件。Galactic公司的CERES-1 固体推进剂运载火箭迄今为止已用于六颗卫星的发射任务，逐渐成为我国一流火箭发射公司。他们开发有Pallas 液体推进剂运载火箭，并将于 2023 年首次发射。Pallas火箭的运载能力为 5 吨，设计可重复使用多达 50 次。WELKIN 50 吨级可重复使用液氧和煤油发动机是Pallas火箭的关键部件，这是一款推力超过40吨的变推力气体发生器循环液体火箭发动机。Galactic称其为 SpaceX Merlin 引擎的中国版。飞而康公司已经通过了 AS9100 认证，在无锡和其他地区拥有广泛的制造业务。它还拥有自己的 EIGA 粉末制造装置，并一直是中国商飞和其他航空航天公司的供应商。Falcontech已经为国产的 C919 大飞机提供了超过 28 个部件，主要是舱门部件。除了拥有超过 24 台 华曙高科Farsoon L-PBF 机器外，Falcontech 还拥有两条巨大的 Concept Laser X 生产线、10 台 renishaw 500Ms 以及许多其他设备。据悉，该公司正在努力打造一个拥有超过50台大型金属粉末床融合机的超级增材制造工厂。
在数字经济方兴未艾、智能制造大行其道的背景下，3D打印产业发展正在悄然提速。行业最新动态是，3D打印居然可以造火箭了？
美国相对论空间公司(Relativity Space)宣布，3月8日首次发射Terran1火箭，这是世界上第一枚3D打印火箭。据悉，这枚3D打印火箭高33.5米，据称是目前世界上尝试轨道飞行的最大3D打印物体。火箭的发动机也由3D打印技术制造而成。该公司表示，目前火箭85%的部分由3D打印而成，未来目标是将这一数字提高到95%。3D打印优势明显很多人也许对3D打印还不太熟悉，3D打印又称“增材制造”，是一项不同于以往的新型制造技术，它与传统的工业制造有何区别？3D打印是以数字模型文件为基础，采用金属、高分子等材料，进行逐层打印、堆积，形成实体实物，是数字和制造紧密结合的体现。完成一项打印工作，首先要通过计算机对所设计物品的结构进行建模，形成三维图形，在此基础上进行分层切片，形成每一层的数据，数据传送到打印机，打印机按照数据，原材料逐层堆积，最终形成产品。相比传统的制造模式，3D打印可以生产结构复杂的高性能产品。同时，3D打印还具备高原材料利用率、缩短“设计-验证-生产”全流程周期，进而降低核心零部件制造成本、全生命周期成本、提高产品制造效率等。
“商业航天的本质，是要通过更优化的市场资源配置将过去定制化的航天产品变成标准化的工业产品。3D打印与‘新航天’的方向高度契合，为航天提供了新的选择，大大减小了各约束条件对航天设计和制造的影响。”谈到与铂力特的合作，星众空间董事长白瑞雪，大连理工大学教授、连理卫星总指挥、星众空间首席科学家于晓洲如是说。合作，始于星众空间成立之年星众空间成立于2019年，主要从事小卫星、立方星研究和产业化推广工作；目前已有超过300套卫星部组件产品在轨飞行。其中，“先进立方星在轨部署释放系统”接口适配能力强，先后用于两型飞船、七款火箭的飞行任务，不仅有力保障了立方星安全可靠入轨和快速部署，而且在2022年入选立方星国际设计标准CubeSat Design Specifications Rev14.1。星众空间是该国际标准开始发布、修订十余年来唯一参与标准制订的中国团队。铂力特与星众空间的合作，就开始于星众空间的成立之年。
“小试牛刀”首个金属3D打印立方星部署器随长征五号B首飞
携手研制“灵巧号”，助力商业化太空实验发展
铂力特在商业航天方面的客户数量已经超过30家，合作范围涵盖优化设计到技术咨询，从零件研制到设备、原材料配套等的全方位支持。
铂力特参与的商业航天典型应用场景包括：可重复使用液氧甲烷火箭、固体运载火箭、液体运载火箭，立方星部署器、实验卫星、商业通信卫星等；其中多个商业航天项目已进入批量生产阶段。铂力特将持续在优化设计、技术研发支持，设备能力及稳定性，产品交付质量、周期和最终成本等方面，不断强化市场竞争力，为商业航天提供强大支持及品质保障。
得益于增材制造技术的不断创新与提升，制造成本的不断降低，增材制造市场化应用程度不断加深，中国增材制造产业规模高速增长。金属增材制造“大生产时代”深入发展，批量化生产需求日益凸显。铂力特顺应金属增材制造“大生产时代”的发展趋势，2023年取得多项技术进步，助力工业制造领域更高质量发展。
助力航空航天、发动机、大工业等应用进行大规模生产
1. 航空航天领域：从快速研制到批量化生产
在材料方面，2023年，铂力特依据金属增材制造特点，推出多款适用于航空航天领域的可成形高温合金、钛合金材料。对于SLM成形工艺，铂力特发布的高温合金材料BLT-In738（国内牌号K438）,克服了SLM成形过程中较高裂纹敏感性、成形件致密度差等问题，可应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。BLT-Ti64粉末具有优良的机械性能和耐腐蚀性，BLT-Ti具有适中的机械性能、较高的塑性、理想的耐腐蚀性，二者可应用于航空航天等领域；BLT-Ti2AlNb粉末与BLT-Ti65粉末突破了传统钛合金使用温度低于600℃的特性，可应用于航空航天领域高性能零件。铂力特还推出了适用于粉末冶金（PM）和电子束选区熔化（EBM）工艺的BLT-TiAl4822粉末，有望部分代替镍基高温合金，实现航空发动机高温结构件的大幅度减重。
2024年1月11日，东方空间技术（山东）有限公司（简称“东方空间”）自主研制的引力一号（遥一）海澜之家号运载火箭搭载云遥一号18星-20星共3颗卫星顺利进入预定轨道，飞行试验任务获得圆满成功。
“引力一号”运载火箭首飞即采用难度较高的海上发射，创造了全球最大固体运载火箭、中国运力最大民商运载火箭、中国首型捆绑式民商运载火箭等多项纪录，标志着我国商业运载火箭自主创新取得重大进展，扩充了我国中低轨卫星多样化、规模化发射能力，进一步丰富了我国运载火箭型谱，助力我国卫星星座组网大规模建设。
铂力特参与了“引力一号”的研制工作，为客户打印了主捆绑相关零件。这些零件尺寸大，且均为易变形的异形结构零件。利用传统加工方式难度大，周期长，材料利用率低。而利用LSF技术可以实现大型结构件的快速制造。
近年来，航空航天零部件结构趋向大尺寸、复杂化、结构功能一体化发展。金属3D打印技术对加快航空航天零部件的研制、迭代以及促进航空航天领域高质量发展具有重要意义。目前，铂力特在SLM、LSF和WAAM工艺方面均获得多项进展，已助力东方空间、星际荣耀、蓝箭航天等多家商业航天客户实现“飞天梦”。
天龙二号闭式循环3D打印液体火箭发动机
天龙二号火箭在国内采用了闭式循环3D打印液体火箭发动机、水泥场坪简易发射、民用槽车自动加注等业界新技术，攻克了民营航天多项技术难题，大大降低了火箭制造成本，更容易实现批量化规模生产。
根据天兵科技官方的描述，该型发动机应用3D打印技术的闭式循环补燃发动机，相比传统生产工艺，发动机组数量减少80%，制造周期缩短70%~80%，成本和重量降低40%~50%，
液体火箭发动机需要大量采用高温合金、不锈钢、钛合金等加工材料，设计结构复杂、工艺流程长，在传统制作时需使用一系列锻造、机械加工(铣槽、车、旋压等)、电镀、钎焊等多种生产技术，该等生产技术具有劳动密集、成本高昂的特点，且生产过程中涉及大量工装、高昂的专有设备及大量专业技术人员。制造过程动辄数月甚至更长时间，存在周期长、成本高、可靠性差、成品率低、重复使用性能差等问题。
轻量化、低成本、快速研制的迫切需求使天兵科技在TH-11立项之初，就提出了适应3D打印制造技术和低成本材料体系的富氧补燃液氧煤油发动机参数优化体系，在发动机比冲、推质比、重复使用性、可回收性(多次启动、变推力性能)等性能上取得了亮眼成绩的同时，3D打印涵盖了推力室、预燃室、涡轮泵、阀门以及总装结构件等核心零部组件。其在表面流动、换热、耐高温、抗氧化、抗冲刷、抗振动冲击等关键性能是否适应富氧补燃循环工作环境的挑战下，工程师们经过了大量的仿真预示和试验验证工作，并将其固化成与3D打印技术匹配的设计、工艺和制造体系，有利于质量过程控制与技术传承。
根据泰伯智库，2023-2028年，商业航天产业将进入发展黄金期，预计2025年市场规模将达2.8万亿元。虽然起步晚于国外，但国内商业航天业发展势头迅猛。据新财富统计，目前国内的商业航天独角兽（估值达到67亿元及以上的未上市企业）共10家，总估值达到1038亿元；其中，估值超过100亿元的有长光卫星、银河航天、蓝箭航天、时空道宇4家，估值刚触及独角兽门槛67亿元的公司有3家，分别是中科宇航、零壹空间、长征火箭。
根据3D科学谷，商业航天进入发展开车道，将极大的刺激金属3D打印的发展，在未来5年，金属3D打印将面临怎样的机遇与挑战？
铂力特如何助力商业航天“一飞冲天”？
详情见原文 https://www.xa-blt.com/newslist/%e9%93%82%e5%8a%9b%e7%89%b9%e5%a6%82%e4%bd%95%e5%8a%a9%e5%8a%9b%e5%95%86%e4%b8%9a%e8%88%aa%e5%a4%a9%e4%b8%80%e9%a3%9e%e5%86%b2%e5%a4%a9%ef%bc%9f/
作者在2024-06-03 08:55:51修改文章
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- 3D打印价值量高，最适合的地方就是航天发动机。这个方向好，而且没有炒过。低成本的航天发动机，3D打印突出一个绕不开。00打赏回复投诉
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