間接3D打印成功制備燃燒室，為火箭發動機制造提供先進制造方案
時間：2023-03-24 15:39 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
增材制造（3Ｄ打印）在工業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周期，提高材料的利用率，節約昂貴的戰略材料，降低制造成本，提升設計自由度，優化零件結構，減輕重量，零部件快速修復等優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展的關鍵技術
隨著航空航天技術的發展，火箭技術也在不斷地進步和發展。火箭作為快速遠距離運送工具，在探空、發射人造衛星、載人飛船、空間站、導彈等領域得到了廣泛應用。火箭是目前唯一能使物體達到宇宙速度，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動機工作獲得的。
作為火箭發動機的關鍵零件，燃燒室必須在高溫和高壓的極端工作條件下實現所需的性能、效率和可靠性。目前任何傳統技術，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勢，成功突破傳統火箭發動機制造模式的低生產效率、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品性能。
PEP技術在制造火箭關鍵組件優勢突顯
本著賦能中國航空航天事業高質量發展，以降低未來火箭發動機的制造復雜性、節約時間、減少制造組裝成本的目的。升華三維采用自主研發的高溫合金材料，通過國內首創的粉末擠出打印技術（PEP）已成功制備出大尺寸、復雜結構集成化設計的火箭燃燒室組件。且在功能測試中表現出優異的性能，這對滿足航空航天工業的苛刻標準至關重要。
“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，可以確保產品性能的一致性。利用3D打印的技術優勢，可實現如銅、鎢等高溫合金材料的無模成型，3D打印系統將顆粒料加熱成熔融膏狀，再擠壓并逐層堆積成形，打印出具有復雜結構、輕量化設計、一體化成型的結構件生坯。然后再結合粉末冶金的脫脂燒結等工藝進行后處理，獲得最終的高性能部件，從而獲得滿足實際應用需求的產品。
PEP的優點及不足，均可成為其優勢
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。在一些傳統制造的發動機中，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，反而變成了優勢，從而減少了后續加工。
為大尺寸復雜構件制造提供解決方案
而大尺寸工業獨立雙噴嘴打印機UPS-556作為PEP技術的核心系統，具有獨特形狀的自由設計（包含中空夾層、鏤空點陣結構、隨形流道等）、異形拓撲優化、輕量化設計、多組件整合及廣泛特殊材料適配的能力。該系統單體結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批量化生產，為航空航天工業提供了數字化、短流程、高質量的先進增材制造解決方案。
PEP技術助力航空航天裝備高質量發展
航空航天制造領域作為工業界皇冠上的璀璨明珠，集成了一個國家所有的高精尖技術，使國家戰略計劃得以實施。如今，中國的航空航天企業已經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、工業制造、航天航空、軍事國防、生物醫療、汽車、模具制造、新能源等領域，提供從材料開發制備、3D打印設備研發生產、脫脂燒結工藝到打印服務一整套高性能間接3D打印整體解決方案。
3D打印成為突破新型航空航天裝備發展的關鍵技術
隨著航空航天技術的發展，火箭技術也在不斷地進步和發展。火箭作為快速遠距離運送工具，在探空、發射人造衛星、載人飛船、空間站、導彈等領域得到了廣泛應用。火箭是目前唯一能使物體達到宇宙速度，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動機工作獲得的。
▲美國可重復使用的獵鷹重型火箭及其發動機（來源：網絡）
作為火箭發動機的關鍵零件，燃燒室必須在高溫和高壓的極端工作條件下實現所需的性能、效率和可靠性。目前任何傳統技術，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勢，成功突破傳統火箭發動機制造模式的低生產效率、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品性能。
PEP技術在制造火箭關鍵組件優勢突顯
本著賦能中國航空航天事業高質量發展，以降低未來火箭發動機的制造復雜性、節約時間、減少制造組裝成本的目的。升華三維采用自主研發的高溫合金材料，通過國內首創的粉末擠出打印技術（PEP）已成功制備出大尺寸、復雜結構集成化設計的火箭燃燒室組件。且在功能測試中表現出優異的性能，這對滿足航空航天工業的苛刻標準至關重要。
▲火箭燃燒室-燒結（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，可以確保產品性能的一致性。利用3D打印的技術優勢，可實現如銅、鎢等高溫合金材料的無模成型，3D打印系統將顆粒料加熱成熔融膏狀，再擠壓并逐層堆積成形，打印出具有復雜結構、輕量化設計、一體化成型的結構件生坯。然后再結合粉末冶金的脫脂燒結等工藝進行后處理，獲得最終的高性能部件，從而獲得滿足實際應用需求的產品。
▲粉末擠出打印技術（PEP）
PEP的優點及不足，均可成為其優勢
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。在一些傳統制造的發動機中，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，反而變成了優勢，從而減少了后續加工。
為大尺寸復雜構件制造提供解決方案
而大尺寸工業獨立雙噴嘴打印機UPS-556作為PEP技術的核心系統，具有獨特形狀的自由設計（包含中空夾層、鏤空點陣結構、隨形流道等）、異形拓撲優化、輕量化設計、多組件整合及廣泛特殊材料適配的能力。該系統單體結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批量化生產，為航空航天工業提供了數字化、短流程、高質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量發展
航空航天制造領域作為工業界皇冠上的璀璨明珠，集成了一個國家所有的高精尖技術，使國家戰略計劃得以實施。如今，中國的航空航天企業已經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、工業制造、航天航空、軍事國防、生物醫療、汽車、模具制造、新能源等領域，提供從材料開發制備、3D打印設備研發生產、脫脂燒結工藝到打印服務一整套高性能間接3D打印整體解決方案。
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