零件内部百余条冷却流道,深蓝航天3D打印发动机推力室长程试车成功

摩根士丹利(Morgan Stanley)估计,到 2040年,全球航天产业的收入将从目前的 3,500亿美元发展到超过1万亿美元的市场规模。

关于3D打印对火箭制造行业的革新作用, SpaceX首席设计师兼首席执行官马斯克有着精辟的观点:通过3D打印,可以以传统制造方法的一小部分成本和时间就能制造出坚固且高性能的发动机零件。

近日,中国的深蓝航天液氧煤油发动机再次进行了推力室长程试车,取得圆满成功。在推力性能方面,深蓝航天对主要功能部件进行优化设计,大量采用3D打印工艺,实现了国内液氧煤油火箭发动机推力室效率从95%到99%的技术跨越,达到了国际先进水平

Shenlan_1来源:深蓝航天

block 降低成本提升质量

深蓝航天液氧煤油发动机采用了可重复使用的火炬点火装置取代传统的一次性火药点火器进行推理室点火行动,在发动机多次起动上取得了重大进展。

Shenlan_2来源:深蓝航天

铂力特承担了此次试车发动机喷注器壳体和推力室身部两个零件的金属3D打印工作。

发动机喷注器壳体和推力室身部均为航天发动机关键零部件,使用环境苛刻,零件内部有百余条冷却流道,使用传统工艺铣削&焊接工艺不仅制造周期长、成本高,零件性能也难以得到保证。

使用铂力特金属增材制造设备BLT-S310整体打印零件,可在打印过程中严格控制工艺,保证零件外形尺寸、流道精度及粗糙度均满足使用要求,同时零件加工周期缩短至2-3周;使用金属3D打印技术生产的零件在迭代更新方面的优势也非常明显,可将产品“设计-试验-改进”的周期缩减80%以上,帮助应用端实现快速研发。

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此次完成零件打印工作的BLT-S310设备是铂力特面向航天、航空、航空发动机等高端应用,持续更新升级的专业金属3D打印高端装备。BLT-S310设备通过CE认证、ATEX防爆评估及FDA激光安全注册,最大成形尺寸为250mm*250mm*400mm,扫描速度可达7m/s,分层厚度最小仅20μm,成形速度25cm³/h,可打印钛合金、铝合金、高温合金、钴铬合金、不锈钢、高强钢、模具钢等多种金属粉末。

“轻量化”、“高强度”、“高性能”及“复杂零件集成化”一直是航空航天零部件制造和研发的主要目标。铂力特在航天领域的应用已深耕多年,除了BLT-S310设备,铂力特BLT-S500、BLT-S600设备解决了大尺寸、复杂形态零件的一体打印问题。此外,铂力特针对航空航天应用开发的钛合金粉末、新材料参数等也为创新设计工程师提供了更多逐梦蓝天和未知星球的可能。

Shenlan_BLT铂力特打造完整的工艺链,以高质量、全方位的后处理和检验检测工序为航空航天等“高精尖”领域应用保驾护航
来源:铂力特

block 3D科学谷Review

金属3D打印已经成为航空和航空航天领域的一项关键技术,因为它的优势与该行业的关键需求保持一致,包括减轻重量、节省燃料、提高运营效率、部件整合、加速上市时间和减少对零部件的存储要求。

关于3D打印在航天发动机制造中的应用,3D科学谷曾发布过《3D打印与航天制造业白皮书》。3D打印可以将原本通过多个构件组合的零件进行一体化打印,这样不仅实现了零件的整体化结构,避免了原始多个零件组合时存在的连接结构(法兰、焊缝等),也可以帮助设计者突破束缚实现功能最优化设计。一体化结构的实现除了带来轻量化的优势,减少组装的需求也为企业提升生产效益打开了可行性空间。

由此出发,3D打印开启了下一代经济性的火箭发动机制造之路。3D打印对于火箭的制造是颠覆性的,这体现在从设计到供应链和库存管理,再到质量控制等各个环节。

使用激光选区熔化技术时,冷却管道将直接作为设计中的一部分,并在同一生产过程中与整个腔体一起成型。这是3D打印应用到推力室的魅力之处

根据3D科学谷的市场研究,美国航天局NASA 在铜质发动机燃烧室内衬3D打印方面也取得了突破,打印材料为GRCo-84铜合金,它是在NASA在俄亥俄州的Glenn研究中心开发出来的一种铜合金,打印工艺也是选区激光熔化3D打印技术。这个铜合金燃烧室零部件内外壁之间具有200多个复杂的通道,制造这些微小的、具有复杂几何形状的内部通道,即使对增材制造技术来说也是一大挑战。

针对铜金属在航天发动机零件越来越多的应用,在国内,西安铂力特已研制出针对难熔金属和高导热、高反射金属的3D打印工艺,突破了铜材料的激光成形技术,实现了复杂流道的铜材料制造工艺,成功制备出复杂的3D打印铜合金零件。

3D科学谷看到,在火箭发动机的应用领域,设计、工艺(3D打印工艺与后处理工艺)、材料的优化结合,开启了下一代火箭的制造模式。正如铂力特所倡导的“让制造更简单,世界更美好”,这一切才刚刚开始。

相聚德国法兰克福,3D科学谷创始人Kitty将于2019年11月20日,11.0-A79 展台介绍2019年全球3D打印市场趋势,包括设备趋势,材料趋势,应用开发趋势,软件趋势。3D打印中国市场的现状,包括中国3D打印市场的SWOT分析,创新者的亮点,在中国开展3D打印业务的挑战以及中国3D打印发展趋势的展望。

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