3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件，西安航天科技力量護(hù)航“神舟問(wèn)天”

來(lái)源：西安日?qǐng)?bào)

2023年5月30日9時(shí)31分,，長(zhǎng)征二號(hào)F遙十六運(yùn)載火箭托舉著載有景海鵬,、朱楊柱、桂海潮3名航天員的神舟十六號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射,。這是航天科技集團(tuán)六院(簡(jiǎn)稱航天六院)研制的全系列動(dòng)力，第11次全程護(hù)航中國(guó)航天員筑夢(mèng)蒼穹,。

航天六院西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司將3D打印最新技術(shù)應(yīng)用于航天發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造,，推進(jìn)航天液體發(fā)動(dòng)機(jī)研制、生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級(jí),。此次神舟十六號(hào)載人飛船上,，由該公司研制的發(fā)動(dòng)機(jī)隔板夾層內(nèi)流通道的關(guān)鍵構(gòu)件——“加強(qiáng)肋”就是3D打印出來(lái)的，為“神舟問(wèn)天”提供了強(qiáng)有力的動(dòng)力支撐,。

△航天六院西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司增材制造創(chuàng)新中心,。(記者竇翊明攝)

58臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)齊上陣
總部位于西安航天基地的航天六院是我國(guó)唯一集運(yùn)載火箭主動(dòng)力系統(tǒng)、軌姿控動(dòng)力系統(tǒng)及空間飛行器推進(jìn)系統(tǒng)研究,、設(shè)計(jì),、生產(chǎn)、試驗(yàn)為一體的專業(yè)研究院,。

在此次載人航天工程任務(wù)中,，航天六院承擔(dān)著長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭與神舟十六號(hào)飛船上的各種主推進(jìn)及姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)、熱控分系統(tǒng)及生命保障系統(tǒng)泵閥等的研制任務(wù),。其中,，為長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭配套10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，為神舟十六號(hào)飛船配套推進(jìn)艙,、返回艙兩套推進(jìn)子系統(tǒng)共48臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),，58臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)航神舟十六號(hào)飛行乘組入駐“天宮”。

長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭是目前我國(guó)唯一一型載人運(yùn)載火箭,，為載人航天工程任務(wù)提供了“航天員專屬列車”,。而發(fā)動(dòng)機(jī)是火箭的“心臟”，“心臟”的動(dòng)能越大,、力量越足,，就能帶領(lǐng)重型火箭去更高軌道的太空探索。

“火箭發(fā)動(dòng)機(jī)需要在高溫,、高壓,、高轉(zhuǎn)速,、大推力、強(qiáng)振動(dòng)的惡劣環(huán)境下運(yùn)行,，只要有一個(gè)零件出現(xiàn)故障,，往往導(dǎo)致災(zāi)難性事故。因此,，確保產(chǎn)品萬(wàn)無(wú)一失,，穩(wěn)妥可靠，是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制的鐵律,�,！焙教炝�院西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司增材制造創(chuàng)新中心副主任彭東劍表示，西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司生產(chǎn)制造了該火箭所用芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī),、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī),、助推器發(fā)動(dòng)機(jī)，并采用3D打印技術(shù)制造相關(guān)零件,，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)更可靠,，效率速度雙提升。

上百臺(tái)3D打印設(shè)備投入運(yùn)行

在采訪中了解到,，隨著航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)進(jìn)入加速推進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期,，未來(lái)宇航發(fā)射任務(wù)大幅增加，航天液體動(dòng)力面臨更加繁難艱巨的型號(hào)交付任務(wù)和科研生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需求,。

“現(xiàn)有傳統(tǒng)制造方式下生產(chǎn)周期長(zhǎng),、材料利用率低、質(zhì)量不穩(wěn)定,、不可檢不可測(cè),、合格率低等‘痛點(diǎn)’和‘堵點(diǎn)’還未完全解決；新型號(hào)研制過(guò)程中還采用‘設(shè)計(jì)-制造-試驗(yàn)’大閉環(huán)研制模式,，設(shè)計(jì)迭代速度無(wú)法滿足液體動(dòng)力產(chǎn)品的快速研制,。”彭東劍認(rèn)為,，亟需充分利用增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì),，補(bǔ)齊當(dāng)前型號(hào)生產(chǎn)能力短板。

增材制造又稱3D打印,，是以金屬粉末,、金屬絲為原材料，通過(guò)逐層打印,、堆積成型的方式實(shí)現(xiàn)構(gòu)件一體化成型的制造技術(shù),，目前已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。據(jù)彭東劍介紹,，航天發(fā)動(dòng)機(jī)需要大量采用高溫合金,、鈦合金等難加工材料,，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程長(zhǎng),，其輕量化,、低成本、快速研制的迫切需求與3D打印成型自由度高且快等特點(diǎn)高度契合,。

由此,，西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司非常重視金屬增材制造技術(shù)研究，曾與西北工業(yè)大學(xué)和華中科技大學(xué)組建創(chuàng)新聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,，于2017年正式成立增材制造創(chuàng)新中心,。為了將3D打印廣泛應(yīng)用于一線生產(chǎn)，該公司于2021年籌資建設(shè)增材制造產(chǎn)業(yè)化,、研發(fā)雙中心,，總面積達(dá)9000平方米，引進(jìn)了100多臺(tái)增材制造設(shè)備,，形成了7大功能分區(qū)的智慧型工業(yè)布局。

近日,，記者走進(jìn)西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司,，在增材制造創(chuàng)新中心看到，高大寬敞的廠房?jī)?nèi),，100多臺(tái)大小不等的增材制造設(shè)備有序排放,。在設(shè)備的成形倉(cāng)內(nèi)，靈活移動(dòng)的激光束噴射著灼灼白焰,，將金屬粉末不斷地熔化,、粘接、冷卻,，層層堆積,，一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬零部件被“打印”出來(lái)。

神舟十六號(hào)載人飛船上的“加強(qiáng)肋”是發(fā)動(dòng)機(jī)隔板夾層內(nèi)流通道的關(guān)鍵構(gòu)件,，主要用于保證發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性,。彭東劍表示，“加強(qiáng)肋”是西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司增材制造創(chuàng)新中心自主研發(fā)的產(chǎn)品,，“之前,，產(chǎn)品采用熔模精密鑄造工藝生產(chǎn)，有29個(gè)工藝流程,，配套設(shè)備多且依賴性強(qiáng),，合格率不足20%。通過(guò)3D打印技術(shù)替代熔模精密鑄造工藝,，‘加強(qiáng)肋’的制造周期縮短了75%,，合格率提升至98%,，成本降低了30%，且產(chǎn)品多項(xiàng)性能指標(biāo)接近甚至超過(guò)傳統(tǒng)鑄件歷史最高值,�,！�

了解到，3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)局限,，重點(diǎn)解決航天液體動(dòng)力研制中的零部組件研制問(wèn)題,，產(chǎn)品合格率、制造流程和可靠性等顯著提升,，實(shí)現(xiàn)了航天液體動(dòng)力制造技術(shù)的升級(jí)換代,。彭東劍透露，預(yù)計(jì)該中心今年交付成品將超1萬(wàn)件,，零部件廣泛應(yīng)用到航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域,。

打造“黑燈工廠”及云制造平臺(tái)
增材制造作為“深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略”的主攻方向，加快建設(shè)質(zhì)量強(qiáng)國(guó),、航天強(qiáng)國(guó),、數(shù)字中國(guó)的重要手段，已成為我國(guó)制造業(yè)領(lǐng)域的亮麗“名片”,，對(duì)推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)高端化,、智能化、綠色化發(fā)展,，促進(jìn)實(shí)體經(jīng)濟(jì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量融合,，提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平起到了巨大作用。

近年來(lái),，以西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司為代表的一批西安增材制造企業(yè),，正在成為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“領(lǐng)頭雁”。彭東劍表示,，目前,，在中國(guó)增材制造工程化應(yīng)用方面，西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司增材制造創(chuàng)新中心位列第一,。

增材制造創(chuàng)新中心現(xiàn)具備鈦合金,、高溫合金、航天專用高強(qiáng)不銹鋼等5類合金29種牌號(hào)材料的增材制造能力,；突破了多孔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造,、微細(xì)結(jié)構(gòu)精密增材制造、激光熔化沉積高性能修復(fù)等20余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),，建立了從設(shè)計(jì),、材料、成型、后處理到檢測(cè)評(píng)價(jià)的全流程技術(shù)體系,。此外,，在技術(shù)研究及工程化應(yīng)用推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜三元閉式葉輪,、噴注器,、復(fù)雜殼體等50多型發(fā)動(dòng)機(jī)上600余種產(chǎn)品的增材制造。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于載人航天,、火星探測(cè),、北斗導(dǎo)航等80余次宇航發(fā)射和飛行試驗(yàn)任務(wù)。

西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司錨定增材制造智能化,、數(shù)字化,、精益化的發(fā)展目標(biāo)，正在全力建設(shè)30000平方米的產(chǎn)業(yè)化基地,。計(jì)劃在2025年建成基于數(shù)字化成型,、智能監(jiān)控、智能物流技術(shù)的智慧化增材制造“黑燈工廠”,，配套增材制造裝備300臺(tái),。同時(shí)，依托技術(shù)和資源優(yōu)勢(shì),，吸收社會(huì)優(yōu)質(zhì)增材制造生產(chǎn)資源,，建成安全可信、協(xié)同高效的增材制造云端平臺(tái),，引領(lǐng)西安增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)作出更大貢獻(xiàn),。