嫦娥著陸器的“腳”未來將使用3D打印

這是中國航天科技集團五院的展廳若战，這里濃縮了中國空間飛行器的主要成果棒嚼，例如“嫦娥三號”著陸器们敢、“玉兔號”的月球車（巡視器）、神舟飛船返回艙等等啃掠。

這些航天器對減少重量的要求可謂是嚴苛至極慷训。因為每增加一克重量，就會給發(fā)射帶來很高成本键梆，并且會加大航天項目的復雜性蝉橘，甚至直接影響到整個方案的可行性。中國航空天科技五院總體部增材制造技項目技術(shù)經(jīng)理張嘯雨說畦未，為了減輕每一克的重量润邑，他們從材料和結(jié)構(gòu)上想了任何可能的辦法。

張嘯雨：“嫦娥三號”內(nèi)部用的是目前工程上最輕的材料保铐，叫蜂窩夾層結(jié)構(gòu)哄谆。這種結(jié)構(gòu)是內(nèi)部全部是蜂窩組織，上下面用的碳纖維季春。碳纖維非常昂貴洗搂，同等重量下的價格幾乎比黃金還要貴一些。

碳纖維材料加之蜂窩結(jié)構(gòu)载弄，這幾乎已經(jīng)達到減重的極致耘拇。但是工程技術(shù)人員還是不滿意，希望重量再降低一些宇攻⊥毡蓿可是如何才能實現(xiàn)新的突破呢？中國航天科技五院開始尋求合作伙伴尺碰，研發(fā)新型的減震結(jié)構(gòu)挣棕，并且用3D打印鈦合金的方式制造出來，替代原有的材料亲桥。在下一代航天器上洛心，他們將大顯身手。

張嘯雨：第一，從技術(shù)上來說词身，3D打印結(jié)構(gòu)能非常顯著地降低重量厅目，相比以前的結(jié)構(gòu)形式，有的零件甚至減重超過30%到50%农灯。第二修诈，制造周期，原來一個零件可能需要3到5個月品扯，最快也得45天到60天⊥段郑現(xiàn)在我們用3D打印，有些零件可能僅一周時間就能制造出來捻钢。

重量大大減輕绞艘，工序大大減少，3D打印對于航天器的改善顯而易見稻续。無論是“嫦娥三號”的著陸器還是載人航天器的大型返回艙妈削。用3D打印的新制造方式來替代都會有非常明顯的效果。

張嘯雨：我們看到這是著陸緩沖的一個零部件的組成滔菠。下面這個盤子就屬于制造上比較困難的結(jié)構(gòu)逮碾。將來，很可能都交給3D打印來做批斯。

為了把金屬3D打印技術(shù)更好地應(yīng)用到航天制造上涡相，航天五院和鑫精合激光科技發(fā)展有限公司的工程師們不斷地商討著新的設(shè)計方案。許多零件都還有用3D打印來改造的潛能剩蟀。

張嘯雨透露催蝗，最快在明年或后年，將會有3D打印部件開始嘗試應(yīng)用在發(fā)射型號上育特。目前丙号，大概已有60到100件的產(chǎn)品完成了制造，開始裝星缰冤，接下來將進行整星級的力學實驗犬缨。

民營3D打印企業(yè)，助推中國航天夢

3D打印是一項近年來快速發(fā)展的新技術(shù)棉浸。我國的3D打印技術(shù)發(fā)展也很快怀薛，在一些領(lǐng)域已經(jīng)走到世界前列。

在北京市昌平區(qū)的一間廠房迷郑，正在生產(chǎn)著鈦合金枝恋、鋁合金、不銹鋼等多種金屬的零部件嗡害。但是與其它的冶金廠房不同焚碌，在這里却值，央視財經(jīng)《經(jīng)濟半小時》記者看不到金屬鍛造的大型設(shè)備，也看不到很多的技術(shù)工人操作散氧，只看見一臺臺3D打印的機器在忙碌地工作著私闭。經(jīng)過兩天時間，一個結(jié)構(gòu)非常復雜和精巧的鈦金屬立方體顯現(xiàn)出來睬嘿。

鑫精合公司副總經(jīng)理孫峰介紹說：這是鈦合金宽用，它是一種非常難成形的材料牌號，冶金工藝很復雜盒器。而3D打印工藝跌缩，能夠把這么難做鈦合金，呈現(xiàn)出輕量化的結(jié)構(gòu)來琐侣。

這樣一個邊長20厘米左右的立方體，如果用傳統(tǒng)的金屬鑄造工藝制造呆淑，重量至少要在5公斤以上汇径，而這個零件的重量卻只有0.5公斤，只有以前的十分之一罗卿，大大減輕了重量史隆，卻具備高強度。孫峰告訴記者曼验，鈦合金大約有800-1000倍的一個載荷泌射，這0.5公斤重的鈦合金的立方體，承受100公斤的壓力沒有任何問題鬓照。

正因為輕量化熔酷、高強度特性，目前豺裆，在我國很多飛機拒秘、船舶甚至航天器的重要零部件上，都可以見到金屬3D打印的身影臭猜。無論是飛機躺酒、船舶的發(fā)動機、零部件蔑歌，還是運載火箭羹应、空間航天飛行器、無人機等航空航天設(shè)備次屠，金屬3D打印部件正在悄悄地取代著傳統(tǒng)制造的零件脆逊。

孫峰說，由于輕量化效果好拇蟋，3D打印用于航天零件制造陌沟，減重達到了30%以上怕事，能夠給火箭發(fā)射等節(jié)約幾百萬、甚至上千萬元成本截巢。

一根頭發(fā)絲旅测，就可以吊起來一個體積不小的衛(wèi)星上的小零件。

小到立方星呻蚪，大到返回艙部件兆布，都可3D打印

孫峰表示，新興的輕量化的小型衛(wèi)星础姚，如果通過3D打印工藝來制造佛或，可以進一步減輕結(jié)構(gòu)體重、加速制造過程填恬。傳統(tǒng)方式制造一顆衛(wèi)星可能需要幾個月甚至幾年弧跑，通過3D打印工藝實現(xiàn)整個衛(wèi)星的機構(gòu)，可能只需要十幾天的時間擂送，一顆小的衛(wèi)星就可以打出來悦荒。

不僅可以在輕盈精巧的方面可以完勝，3D打印也在顛覆著大型金屬部件的制造方式嘹吨。在另一間廠房里搬味，一個大型的鈦合金航天器零件，即將在這臺由中國民營企業(yè)自主研發(fā)的大型金屬3D打印機里誕生蟀拷。

鑫精合總經(jīng)理李廣生說：整個零件的直徑是將近4米碰纬，這么大的一個投影面積的一個鈦合金框，靠傳統(tǒng)的工藝用模鍛是很難加工出來的问芬，我們的3D打印可以很輕松解決這個問題悦析。

與小型的精密的金屬3D打印機的技術(shù)不同，大型的打印機采取了另一種不同的技術(shù)方式——同軸送粉工藝此衅。而中國在這項技術(shù)上已經(jīng)走在了世界的先列她按。目前，能用3D打印技術(shù)制造出達到鍛造水平的金屬部件的國家炕柔，只有德國酌泰、美國、中國等少數(shù)幾個触法。而鑫精合批量制造大型鈦金屬結(jié)構(gòu)件的能力已經(jīng)在國際領(lǐng)先漂烂。

這種激光“打印”金屬粉末的工藝，使得金屬材料冷卻凝固速度極快展稼，組織細小束多，力學性能優(yōu)異，也具備了像鍛件一樣的高強度俩堡。

直徑4米的航天器部件拆分成6個2米左右的大零件拳股，一一3D打印并加工后辣棉，再進行整體焊接。在過去事匈，這樣巨大的金屬件從開模具到鍛造狰赘，再到機械加工，是個非常浩大的工程址敢，通常需要一年時間才能完成扮人，而用3D打印的方式，僅需要3-6個月挥闸。經(jīng)過25天的連續(xù)打印训措，這個大型的鈦合金零件即將生產(chǎn)完成。

這個巨大的鈦合金零件光羞，即將用在載人航天器上的飛行員返回艙绩鸣，它要承受返回艙穿過大氣層、著陸地面的巨大沖擊力纱兑，所以對金屬部件的性能要求也是極為苛刻呀闻。工作人員們對3D打印出來的金屬性能一一進行檢測，顯示金屬強度已經(jīng)超過客戶提出指標的5%以上萍启。

3D打印早已應(yīng)用于中國航天

這并不是3D打印技術(shù)首次在中國航天事業(yè)中使用总珠，早在2014年4月《中國航天報》的報道中就提到屏鳍，中國航天科技集團公司一院211廠引進的首臺高精度“3D打印”設(shè)備安裝調(diào)試到位勘纯，該廠將運用該設(shè)備，研制某型號發(fā)動機葉輪和某型號翼軸組合件钓瞭，并經(jīng)受飛行試驗考核驳遵。

自2010年起，該廠就開始關(guān)注先進的高精度激光“3D打印”技術(shù)山涡，其中激光選區(qū)熔化成形是技術(shù)的精髓所在堤结，能夠?qū)崿F(xiàn)按零件三維模型分層切片的復雜軌跡，完成復雜結(jié)構(gòu)件的高精度整體制造爱饲，最高成形精度可達0.05毫米肢阿。該廠經(jīng)過多次試驗，已于2013年實現(xiàn)了某型號五通試驗件等產(chǎn)品的增材制造乳嘁。

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