2021年12月7日爹窥，谷神星一號商業(yè)運載火箭于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功悲龟，星河動力(北京)空間科技有限公司（下稱“星河動力航天”）成為了國內(nèi)首家掌握500km一箭多星商業(yè)發(fā)射能力访娶、首家實現(xiàn)連續(xù)發(fā)射成功的民營航天企業(yè)，該公司秉持“固液并舉”發(fā)展戰(zhàn)略怀酷，同步自主研制的中大型重復(fù)使用液體火箭智神星一號在兩個月后也傳來好消息——主動力裝置蒼穹50噸級液氧煤油發(fā)動機試車圓滿成功稻爬，輔助動力系統(tǒng)300N、50N發(fā)動機單機地面熱試車蜕依，這標志著該公司中大型重復(fù)使用液體運載火箭蓄勢待發(fā)桅锄。

根據(jù)此前的公開信息，我們已經(jīng)了解到星河動力公司已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)样眠，這是實現(xiàn)低成本和快速研制的重要因素友瘤。近期，3D打印技術(shù)參考專訪了星河動力肩蹬，公司研發(fā)團隊首次向媒體介紹了這項技術(shù)的應(yīng)用情況虏向。

星河動力3D打印技術(shù)應(yīng)用概況

星河動力可重復(fù)使用中大型液體運載火箭“智神星一號”主動力裝置“蒼穹”發(fā)動機內(nèi)部的一些殼體類零組件的空間結(jié)構(gòu)、葉片類零組件的葉型以及推力室類零組件的流道均較為復(fù)雜携侮，使用傳統(tǒng)的機加工藝方法難以實現(xiàn)袭甲，且加工周期較長、成本較高姚继，3D打印存在明顯的技術(shù)和工藝優(yōu)勢。借助于此窟诈，星河動力在該發(fā)動機中大量使用3D打印技術(shù)：渦輪泵3D打印件重量占比約65%几馁，發(fā)生器3D打印件重量占比約75%，主管路90%為3D打印件掏手，推力室3D打印部分占比約30%钙阐，閥門殼體類零件約90%均為3D打印制造。 

 “蒼穹”40噸液氧/煤油發(fā)動機

星河動力小型運載火箭“谷神星一號”的四級——“邊界”軌姿控動力系統(tǒng)丑凛，其中的集合環(huán)以及經(jīng)進一步改進后的多機集合塊也使用了3D打印技術(shù)颁吭，從而極大簡化了管路接口，優(yōu)化了機加過程苗膝。

2000N軌控發(fā)動機產(chǎn)品

在“邊界”系列軌姿控動力系統(tǒng)設(shè)計之初就將3D打印方案納入考慮殃恒，因為動力系統(tǒng)設(shè)計原則之一就是低成本、高效能辱揭，3D打印與動力系統(tǒng)的設(shè)計原則需要契合离唐。與傳統(tǒng)的設(shè)計思路相比，設(shè)計師不再一味追求結(jié)構(gòu)簡單、線條單一亥鬓、易于加工的零件形式完沪，而是以性能、強度嵌戈、重量等為主要導(dǎo)向的優(yōu)化結(jié)構(gòu)覆积，且要與3D打印成型具有良好的匹配性，因此對設(shè)計師也提出了更高的要求熟呛。通過該路徑制造的產(chǎn)品宽档，實現(xiàn)了輕量化、個性化惰拱、一體化雌贱、復(fù)雜化的總體性能提升。

然而搜栽，當前大部分設(shè)計師的設(shè)計經(jīng)驗主要來自傳統(tǒng)機加爸桨，3D打印相比于傳統(tǒng)機加在設(shè)計上需要額外考慮產(chǎn)品型面、弧度贱供、角度评梁、支撐以及打印方向等問題，初次接觸3D打印的設(shè)計師設(shè)計的產(chǎn)品可能無法直接打印犁鹤，需要反復(fù)幾次责肯，但熟練3D打印產(chǎn)品設(shè)計基本原則后，則能快速設(shè)計出傳統(tǒng)機加難以加工的產(chǎn)品構(gòu)型舞轧，與仿真軟件相結(jié)合能夠設(shè)計出質(zhì)量輕诬翩、強度高、性能好的產(chǎn)品羞菊。

3D打印為星河動力火箭發(fā)動機制造解決了哪些實際問題

3D打印對總裝導(dǎo)管的優(yōu)勢在于克服了大直徑薄壁管路無法彎曲成型的難題贫巴，新工藝使管路變向處的壁厚與直管段壁厚一致，保證了裝配的可靠性隐户。3D打印對發(fā)動機總裝的另一個優(yōu)勢是復(fù)雜內(nèi)腔的加工炕婶，如采用3D打印的控制閥座內(nèi)腔可以設(shè)置復(fù)雜的通道，減少了使用控制導(dǎo)管帶來的系統(tǒng)復(fù)雜性莱预。

渦輪泵的泵輪與蝸殼在設(shè)計之初柠掂，分別進行了簡單型面的機加方案與復(fù)雜型面的3D打印方案設(shè)計，后者較前者效率提高約5%依沮。另外涯贞，渦輪盤也同樣采取了機加成型與3D打印成型兩種方案，機加成型需要20～25天悉抵，3D打印僅需要3～4天肩狂，大大縮短了制造周期與成本摘完。

渦輪泵零組件

渦輪泵水試件裝配完成圖

軌姿控動力系統(tǒng)的多機集合塊，如果按照傳統(tǒng)方案設(shè)計會增加大量工藝孔傻谁，這些工藝孔在內(nèi)部流道加工完成后需要進行焊接封堵孝治，工藝較為復(fù)雜，采用3D打印技術(shù)能夠一次成型审磁，只需在對接面留余量機加到設(shè)計公差即可滿足使用要求谈飒，提升了加工的便利性，縮短了加工周期态蒂。

軌姿控動力系統(tǒng)試車

大推力液體火箭發(fā)動機推力室通常采用再生冷卻的方式進行燃燒室熱防護工作隅昌，其制造工藝過程都極其細致和復(fù)雜，整個制造過程通常都長達數(shù)月之久赤蚜，生產(chǎn)過程中任何一個小小的失誤琼护，都可能導(dǎo)致整個推力室的報廢，因此推力室的造價也非常高屁爵。

發(fā)動機運行動畫

3D打印等增材制造技術(shù)使制造廉價版再生冷卻推力室成為可能菌熬，國外航天企業(yè)和研究機構(gòu)已經(jīng)通過3D打印技術(shù)對整體制造再生冷卻推力室甚至火箭發(fā)動機整機進行了驗證性研究。通過對支持多種金屬同時打印的增材制造技術(shù)的研究和實施晚神，達到大推力液體火箭發(fā)動機再生冷卻推力室復(fù)雜型腔集成設(shè)計和一體化制造炊撕，大幅縮短推力室制造周期，同時在一定程度上可以降低推力室的制造成本饮协，優(yōu)化性能并減重秦物，提高推力室的可靠性和壽命。

在大規(guī)模使用3D打印技術(shù)的過程中啰价，星河動力公司積極與3D打印業(yè)內(nèi)品牌商合作猿文，飛而康、鋼研極光起便、鉑力特鲸阻、鑫精合等對零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及零件制造均給予了很大幫助，星河動力希望能夠借助這項技術(shù)使產(chǎn)品更輕缨睡、數(shù)量更少、強度更高陈辱、可靠性更好奖年。未來，在“蒼穹”液氧/煤油火箭發(fā)動機沛贪、“邊界”軌姿控等復(fù)雜系統(tǒng)中陋守，星河動力將更多的采用3D打印技術(shù)。

（3D打印技術(shù)參考）

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