間接3D打印成功制備燃燒室，為火箭發(fā)動機制造提供先進制造方案

來源：升華三維

增材制造（3Ｄ打?。┰诠I(yè)制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(fā)周期，提高材料的利用率，節(jié)約昂貴的戰(zhàn)略材料，降低制造成本，提升設計自由度，優(yōu)化零件結(jié)構，減輕重量，零部件快速修復等優(yōu)勢使之成為了一種關鍵技術。

3D打印成為突破新型航空航天裝備發(fā)展的關鍵技術

隨著航空航天技術的發(fā)展，火箭技術也在不斷地進步和發(fā)展。火箭作為快速遠距離運送工具，在探空、發(fā)射人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站、導彈等領域得到了廣泛應用?；鸺悄壳拔ㄒ荒苁刮矬w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(fā)動機工作獲得的。

▲美國可重復使用的獵鷹重型火箭及其發(fā)動機（來源：網(wǎng)絡）

作為火箭發(fā)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(xiàn)所需的性能、效率和可靠性。目前任何傳統(tǒng)技術，包括沖壓、機加工、釬焊、焊接和再次機加工的許多手段，都不可能在短時間內(nèi)從零開始制造出一個幾乎完工的燃燒室。而金屬3D打印卻能以獨特的優(yōu)勢，成功突破傳統(tǒng)火箭發(fā)動機制造模式的低生產(chǎn)效率、復雜工藝路線、周期長的瓶頸，提升火箭關鍵組件的制造水平與產(chǎn)品性能。

PEP技術在制造火箭關鍵組件優(yōu)勢突顯

本著賦能中國航空航天事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，以降低未來火箭發(fā)動機的制造復雜性、節(jié)約時間、減少制造組裝成本的目的。升華三維采用自主研發(fā)的高溫合金材料，通過國內(nèi)首創(chuàng)的粉末擠出打印技術（PEP）已成功制備出大尺寸、復雜結(jié)構集成化設計的火箭燃燒室組件。且在功能測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，這對滿足航空航天工業(yè)的苛刻標準至關重要。

▲火箭燃燒室-燒結(jié)（來源：升華三維）

“3D打印+粉末冶金”的間接3D打印

PEP技術是一種將“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬/陶瓷間接3D打印技術。PEP技術具有低溫成型，高溫成性的特點，可以確保產(chǎn)品性能的一致性。利用3D打印的技術優(yōu)勢，可實現(xiàn)如銅、鎢等高溫合金材料的無模成型，3D打印系統(tǒng)將顆粒料加熱成熔融膏狀，再擠壓并逐層堆積成形，打印出具有復雜結(jié)構、輕量化設計、一體化成型的結(jié)構件生坯。然后再結(jié)合粉末冶金的脫脂燒結(jié)等工藝進行后處理，獲得最終的高性能部件，從而獲得滿足實際應用需求的產(chǎn)品。

▲粉末擠出打印技術（PEP）

PEP的優(yōu)點及不足，均可成為其優(yōu)勢

PEP技術合理避開以激光作為能量源的直接金屬3D打印，采取基于FDM技術的材料擠出打印方式，螺桿擠壓系統(tǒng)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，制造出的產(chǎn)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(tǒng)制造的發(fā)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(yōu)勢，從而減少了后續(xù)加工。

為大尺寸復雜構件制造提供解決方案

而大尺寸工業(yè)獨立雙噴嘴打印機UPS-556作為PEP技術的核心系統(tǒng)，具有獨特形狀的自由設計（包含中空夾層、鏤空點陣結(jié)構、隨形流道等）、異形拓撲優(yōu)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(tǒng)單體結(jié)構部件最大成型尺寸可達500mm×500mm×600mm，解決了大尺寸復雜構件傳統(tǒng)制造過程中的難點和痛點，同時也可為中小尺寸復雜構件實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，為航空航天工業(yè)提供了數(shù)字化、短流程、高質(zhì)量的先進增材制造解決方案。

▲UPS-556打印的火箭燃燒室生坯（來源：升華三維）

PEP技術助力航空航天裝備高質(zhì)量發(fā)展

航空航天制造領域作為工業(yè)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(zhàn)略計劃得以實施。如今，中國的航空航天企業(yè)已經(jīng)不再遲疑是不是該采用3D打印技術，而是集中精力探索如何通過3D打印技術保持航空航天制造技術的領先性，發(fā)揮國之重器應有的強大力量。

升華三維作為中國金屬·陶瓷間接3D打印技術的開拓者和領航者，已掌握金屬/陶瓷間接3D打印技術在打印裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等關鍵核心技術。為科研教育、工業(yè)制造、航天航空、軍事國防、生物醫(yī)療、汽車、模具制造、新能源等領域，提供從材料開發(fā)制備、3D打印設備研發(fā)生產(chǎn)、脫脂燒結(jié)工藝到打印服務一整套高性能間接3D打印整體解決方案。