近日，中科宇航力鴻一號(hào)遙一飛行器搭載的微重力金屬增材制造科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷，正式交付中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所。

據(jù)悉，該載荷由力學(xué)所自主研制，1月12日已在太空完成金屬增材制造實(shí)驗(yàn)。在任務(wù)過程中，團(tuán)隊(duì)完成了3D打印的物料穩(wěn)定輸運(yùn)與成形、全流程閉環(huán)調(diào)控、載荷-火箭高可靠協(xié)同等技術(shù)驗(yàn)證，并成功取得太空增材制造金屬件的成形精度與力學(xué)性能等參數(shù)。

據(jù)中科宇航披露，此次任務(wù)是我國(guó)*基于火箭平臺(tái)實(shí)施的太空金屬增材制造返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著我國(guó)在太空微重力環(huán)境下利用3D打印技術(shù)成功制備出金屬零部件。

載荷研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人姜恒研究員表示，掌握太空金屬3D打印技術(shù)，能顯著提升航天器在軌維護(hù)與擴(kuò)展的自主性，降低對(duì)地面補(bǔ)給的依賴，還可突破傳統(tǒng)火箭發(fā)射的尺寸與產(chǎn)能限制，推動(dòng)航天器從“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”轉(zhuǎn)變，助力太空任務(wù)實(shí)現(xiàn)從“依賴地球”到“地外自持”。

3D打印又稱增材制造、積層制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。相比傳統(tǒng)加工方式，其通過省去模具或工裝需求可大幅降低初始成本。經(jīng)過多年發(fā)展，3D打印目前已包含粉末床熔融、定向能量沉積、材料擠出成形等技術(shù)路線，加工材料從高分子到金屬覆蓋面持續(xù)加大。

在商業(yè)航天領(lǐng)域，3D打印技術(shù)應(yīng)用已逐步成熟。此前馬斯克宣稱SpaceX掌握了全球*先進(jìn)的金屬3D打印技術(shù)，從而使猛禽3在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)重大飛躍，實(shí)現(xiàn)了推力280噸、比沖350秒的顯著增強(qiáng)，其自重僅為1525千克。

在國(guó)內(nèi)，藍(lán)箭航天的“天鵲”系列火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在加工工藝上使用3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了40%至110%的調(diào)節(jié)推力調(diào)節(jié)范圍。此外，深藍(lán)航天的“星云一號(hào)”、天兵科技的“天龍二號(hào)”、星河動(dòng)力的“智神星二號(hào)”，其發(fā)動(dòng)機(jī)制造也均已有3D打印技術(shù)應(yīng)用。據(jù)深藍(lán)航天披露。其發(fā)動(dòng)機(jī)推力室85%以上零部件系采用3D打印技術(shù)。

當(dāng)前，機(jī)構(gòu)大多看好3D打印成為商業(yè)航天*終加工解決方案。國(guó)金證券認(rèn)為，3D打印將產(chǎn)品理念轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸O(shè)計(jì)引導(dǎo)制造”，可實(shí)現(xiàn)功能集成、零部件數(shù)量大幅下降、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，帶來輕量化等傳統(tǒng)工藝不可比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是在對(duì)尺寸、重量非常敏感的航天領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)更加突出。

方正證券表示，使用3D打印之后，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜部件的成本可以降低1/5-1/3，這是由材料利用率提升、設(shè)計(jì)優(yōu)化、流程縮短、零部件集成等多因素組合達(dá)成的結(jié)果，但是由于各向異性、材料、生產(chǎn)效率等方面技術(shù)瓶頸，3D打印仍需在部分技術(shù)領(lǐng)域攻關(guān)。

具體到商業(yè)航天各個(gè)環(huán)節(jié)，上述機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球3D打印火箭市場(chǎng)到2032年收入將達(dá)到約29億美元。而推力室是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中*復(fù)雜、制造難度*大、制造周期*長(zhǎng)的部件，國(guó)內(nèi)相比NASA已經(jīng)形成包含多種技術(shù)路線+材料的標(biāo)準(zhǔn)化體系來說還尚顯不足，后續(xù)國(guó)內(nèi)火箭3D打印對(duì)標(biāo)NASA、SpaceX滲透率還有較大提升空間。

衛(wèi)星3D打印方面，小衛(wèi)星作為一箭多星發(fā)射的*佳載體正快速發(fā)展，3D打印通過其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能優(yōu)先設(shè)計(jì)*適配衛(wèi)星減重和功能集成需求。后續(xù)在衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、支撐散熱功能集成、支架減重、連接點(diǎn)輕量化、推力器減重、天線減重等領(lǐng)域均有較大應(yīng)用空間，成長(zhǎng)前景優(yōu)異。

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