2021年6月17日，長征二號F遙十二運(yùn)載火箭托舉著載有聶海勝、劉伯明、湯洪波三名航天員的神舟十二號載人飛船駛向太空，入住我國首個(gè)空間站。作為生產(chǎn)制造該火箭所用芯一級發(fā)動(dòng)機(jī)、二級發(fā)動(dòng)機(jī)、助推器發(fā)動(dòng)機(jī)的航天科技集團(tuán)六院7103廠，采用了3D打印技術(shù)制造所需零件，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)更可靠，效率速度也得到了雙提升。
發(fā)動(dòng)機(jī)推力室隔板加強(qiáng)肋的工藝改進(jìn)，是在本次火箭配套發(fā)動(dòng)機(jī)16項(xiàng)工藝狀態(tài)變化中最典型的代表之一。加強(qiáng)肋是發(fā)動(dòng)機(jī)隔板夾層內(nèi)流通通道的關(guān)鍵構(gòu)件，主要用于保證發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性。該產(chǎn)品之前采用熔模精密鑄造工藝生產(chǎn)，受產(chǎn)品特殊結(jié)構(gòu)限制，生產(chǎn)工藝流程長且復(fù)雜，配套設(shè)備多且依賴性強(qiáng)，使得合格率和生產(chǎn)效率受限。
3D打印技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了加強(qiáng)肋產(chǎn)品加工方法的“雙創(chuàng)新”：一方面實(shí)現(xiàn)了工藝制造技術(shù)創(chuàng)新，突破了傳統(tǒng)工藝制造難題，解決了因結(jié)構(gòu)限制導(dǎo)致產(chǎn)品合格率低的問題；另一方面實(shí)現(xiàn)了高效、快捷、綠色的制造模式創(chuàng)新，突破傳統(tǒng)制造模式低生產(chǎn)效率瓶頸，解決了多種廢液、粉塵氣味等環(huán)保問題，可直接制備出形狀復(fù)雜、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。相比于傳統(tǒng)鑄件，產(chǎn)品尺寸精度及穩(wěn)定性更高，產(chǎn)品多項(xiàng)性能指標(biāo)接近甚至超過傳統(tǒng)鑄件歷史最高值。7103廠增材制造創(chuàng)新中心主任楊歡慶指出，“通過3D打印技術(shù)替代熔模精密鑄造工藝，加強(qiáng)肋制造周期縮短了75%，合格率由不足20%提升至98%，成本降低了30%?！?/span>
7103廠，我國航天系統(tǒng)增材制造技術(shù)應(yīng)用的示范基地
航天六院7103廠，是我國唯一的大型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)廠，先后研制生產(chǎn)近百余種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，系列動(dòng)力系統(tǒng)助力我國航天完成探月工程、載人航天、北斗組網(wǎng)、火星探測等國家重大工程的實(shí)施。
據(jù)公開資料：該廠自2014年開始在金屬增材制造領(lǐng)域耕耘，2017年3月，國防科工局批復(fù)以7103廠為主依托單位、聯(lián)合鉑力特及其他9家國內(nèi)增材制造領(lǐng)域的頂尖高校和企業(yè)設(shè)立國防科技工業(yè)航天特種構(gòu)件增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心，多方位與鉑力特、華科、西交大、西工大等單位開展深度合作，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)研制能力的快速提升和工程化應(yīng)用的多點(diǎn)推進(jìn)，先后掌握了高強(qiáng)鋼/航天專用高強(qiáng)不銹鋼等14種牌號材料的增材制造成形和后處理工藝、航天特種構(gòu)件增材制造輕量化設(shè)計(jì)、銅/鋼異種材料組合增材制造、600mm×600mm超大幅面精密構(gòu)件增材制造形性控制、增材流道結(jié)構(gòu)高表面質(zhì)量磨料流光整等系列關(guān)鍵技術(shù)，完成了常規(guī)運(yùn)載等33種型號中多腔道/多通道噴注器等7類結(jié)構(gòu)、200余種復(fù)雜精密構(gòu)件的增材制造成形。
當(dāng)前，已有90余種裝機(jī)試驗(yàn)通過熱試車考核，30余種實(shí)現(xiàn)批量交付，增材制造構(gòu)件先后成功參與了天問一號、實(shí)踐衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)雙星等50余次發(fā)射和飛行試驗(yàn)，為我國深空探測、載人空間站、探月工程和北斗導(dǎo)航等航天重大工程的實(shí)施提供了技術(shù)支持和保障。
航天六院3D打印零件用于天問一號發(fā)動(dòng)機(jī)
在天問一號探測器上，航天六院研制交付了著陸巡視器和環(huán)繞器的推進(jìn)分系統(tǒng)，共計(jì)48臺(tái)大大小小的發(fā)動(dòng)機(jī)。為使著陸巡視器降低運(yùn)行速度達(dá)到著陸要求，作為著陸巡視器主發(fā)動(dòng)機(jī)的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)接續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，為著陸巡視器動(dòng)力減速、懸停避障和緩速下降等軟著陸任務(wù)提供軌控推力。
該型發(fā)動(dòng)機(jī)是六院研制團(tuán)隊(duì)在借鑒探月任務(wù)中7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)火星探測任務(wù)全新設(shè)計(jì)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)。并且相較之前探月任務(wù)中同樣推力的7500N發(fā)動(dòng)機(jī)，為了滿足火星探測器安裝結(jié)構(gòu)要求和減重需求，并提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，研制團(tuán)隊(duì)首次在我國開展深空探測的航天器上將推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室從以往的低室壓方案改進(jìn)為中室壓方案，從而保證了相同推力情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小、性能更高。
制造過程中，改進(jìn)型7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)與以往7500N發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和推力一樣，但重量和體積只有以前發(fā)動(dòng)機(jī)的三分之一，結(jié)構(gòu)也更加優(yōu)化、緊湊。發(fā)動(dòng)機(jī)的對接法蘭框還首次采用3D打印技術(shù)，“一次打印成型”避免大余量去除原實(shí)心棒材或鍛件引起的變形，也保證了發(fā)動(dòng)機(jī)與總體對接的質(zhì)量穩(wěn)定性。
END
如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)在我國運(yùn)載火箭、航天器產(chǎn)品的制造過程中發(fā)揮重要作用，六院7103廠、一院211廠、三院159廠、三院31所、航空工業(yè)601所等均是該技術(shù)應(yīng)用的典型代表。至于具體應(yīng)用，已經(jīng)非常繁多，但一直保持只干不說、多干少說的原則。隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，該領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)（特別是金屬3D打?。┏尸F(xiàn)出越來越強(qiáng)大的應(yīng)用需求，對技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的推動(dòng)越發(fā)明顯。
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