間接3D打印成功制備燃燒室，為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造提供先進(jìn)制造方案
時(shí)間：2023-03-24 15:39 來(lái)源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
增材制造（3Ｄ打印）在工業(yè)制造中已有著舉足輕重的地位。特別是在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，能縮短新型航空航天裝備的研發(fā)周期，提高材料的利用率，節(jié)約昂貴的戰(zhàn)略材料，降低制造成本，提升設(shè)計(jì)自由度，優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，減輕重量，零部件快速修復(fù)等優(yōu)勢(shì)使之成為了一種關(guān)鍵技術(shù)。
3D打印成為突破新型航空航天裝備發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，火箭技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展。火箭作為快速遠(yuǎn)距離運(yùn)送工具，在探空、發(fā)射人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站、導(dǎo)彈等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。火箭是目前唯一能使物體達(dá)到宇宙速度，克服或擺脫地球引力，進(jìn)入宇宙空間的運(yùn)載工具，而火箭的速度是由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作獲得的。
作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，燃燒室必須在高溫和高壓的極端工作條件下實(shí)現(xiàn)所需的性能、效率和可靠性。目前任何傳統(tǒng)技術(shù)，包括沖壓、機(jī)加工、釬焊、焊接和再次機(jī)加工的許多手段，都不可能在短時(shí)間內(nèi)從零開(kāi)始制造出一個(gè)幾乎完工的燃燒室。而金屬3D打印卻能以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成功突破傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造模式的低生產(chǎn)效率、復(fù)雜工藝路線(xiàn)、周期長(zhǎng)的瓶頸，提升火箭關(guān)鍵組件的制造水平與產(chǎn)品性能。
PEP技術(shù)在制造火箭關(guān)鍵組件優(yōu)勢(shì)突顯
本著賦能中國(guó)航空航天事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，以降低未來(lái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造復(fù)雜性、節(jié)約時(shí)間、減少制造組裝成本的目的。升華三維采用自主研發(fā)的高溫合金材料，通過(guò)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的粉末擠出打印技術(shù)（PEP）已成功制備出大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)集成化設(shè)計(jì)的火箭燃燒室組件。且在功能測(cè)試中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，這對(duì)滿(mǎn)足航空航天工業(yè)的苛刻標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。
“3D打印+粉末冶金”的間接3D打印
PEP技術(shù)是一種將“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)。PEP技術(shù)具有低溫成型，高溫成性的特點(diǎn)，可以確保產(chǎn)品性能的一致性。利用3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)如銅、鎢等高溫合金材料的無(wú)模成型，3D打印系統(tǒng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)、輕量化設(shè)計(jì)、一體化成型的結(jié)構(gòu)件生坯。然后再結(jié)合粉末冶金的脫脂燒結(jié)等工藝進(jìn)行后處理，獲得最終的高性能部件，從而獲得滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求的產(chǎn)品。
PEP的優(yōu)點(diǎn)及不足，均可成為其優(yōu)勢(shì)
PEP技術(shù)合理避開(kāi)以激光作為能量源的直接金屬3D打印，采取基于FDM技術(shù)的材料擠出打印方式，螺桿擠壓系統(tǒng)構(gòu)造原理簡(jiǎn)單，可有效地縮減了投入成本。不過(guò)也因擠出噴嘴口徑限制，制造出的產(chǎn)品具有一定的表面粗糙度。然而，在火箭燃燒室的設(shè)計(jì)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(tǒng)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室通道也會(huì)以特殊方式加工來(lái)獲得人工粗糙度。在此方面的不足，反而變成了優(yōu)勢(shì)，從而減少了后續(xù)加工。
為大尺寸復(fù)雜構(gòu)件制造提供解決方案
而大尺寸工業(yè)獨(dú)立雙噴嘴打印機(jī)UPS-556作為PEP技術(shù)的核心系統(tǒng)，具有獨(dú)特形狀的自由設(shè)計(jì)（包含中空夾層、鏤空點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、隨形流道等）、異形拓?fù)鋬?yōu)化、輕量化設(shè)計(jì)、多組件整合及廣泛特殊材料適配的能力。該系統(tǒng)單體結(jié)構(gòu)部件最大成型尺寸可達(dá)500mm×500mm×600mm，解決了大尺寸復(fù)雜構(gòu)件傳統(tǒng)制造過(guò)程中的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，同時(shí)也可為中小尺寸復(fù)雜構(gòu)件實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，為航空航天工業(yè)提供了數(shù)字化、短流程、高質(zhì)量的先進(jìn)增材制造解決方案。
PEP技術(shù)助力航空航天裝備高質(zhì)量發(fā)展
航空航天制造領(lǐng)域作為工業(yè)界皇冠上的璀璨明珠，集成了一個(gè)國(guó)家所有的高精尖技術(shù)，使國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃得以實(shí)施。如今，中國(guó)的航空航天企業(yè)已經(jīng)不再遲疑是不是該采用3D打印技術(shù)，而是集中精力探索如何通過(guò)3D打印技術(shù)保持航空航天制造技術(shù)的領(lǐng)先性，發(fā)揮國(guó)之重器應(yīng)有的強(qiáng)大力量。
升華三維作為中國(guó)金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)的開(kāi)拓者和領(lǐng)航者，已掌握金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)在打印裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等關(guān)鍵核心技術(shù)。為科研教育、工業(yè)制造、航天航空、軍事國(guó)防、生物醫(yī)療、汽車(chē)、模具制造、新能源等領(lǐng)域，提供從材料開(kāi)發(fā)制備、3D打印設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、脫脂燒結(jié)工藝到打印服務(wù)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(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，火箭技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展。火箭作為快速遠(yuǎn)距離運(yùn)送工具，在探空、發(fā)射人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站、導(dǎo)彈等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。火箭是目前唯一能使物體達(dá)到宇宙速度，克服或擺脫地球引力，進(jìn)入宇宙空間的運(yùn)載工具，而火箭的速度是由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作獲得的。
▲美國(guó)可重復(fù)使用的獵鷹重型火箭及其發(fā)動(dòng)機(jī)（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）
作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，燃燒室必須在高溫和高壓的極端工作條件下實(shí)現(xiàn)所需的性能、效率和可靠性。目前任何傳統(tǒng)技術(shù)，包括沖壓、機(jī)加工、釬焊、焊接和再次機(jī)加工的許多手段，都不可能在短時(shí)間內(nèi)從零開(kāi)始制造出一個(gè)幾乎完工的燃燒室。而金屬3D打印卻能以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成功突破傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造模式的低生產(chǎn)效率、復(fù)雜工藝路線(xiàn)、周期長(zhǎng)的瓶頸，提升火箭關(guān)鍵組件的制造水平與產(chǎn)品性能。
PEP技術(shù)在制造火箭關(guān)鍵組件優(yōu)勢(shì)突顯
本著賦能中國(guó)航空航天事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，以降低未來(lái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造復(fù)雜性、節(jié)約時(shí)間、減少制造組裝成本的目的。升華三維采用自主研發(fā)的高溫合金材料，通過(guò)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的粉末擠出打印技術(shù)（PEP）已成功制備出大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)集成化設(shè)計(jì)的火箭燃燒室組件。且在功能測(cè)試中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，這對(duì)滿(mǎn)足航空航天工業(yè)的苛刻標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。
▲火箭燃燒室-燒結(jié)（來(lái)源：升華三維）
“3D打印+粉末冶金”的間接3D打印
PEP技術(shù)是一種將“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)。PEP技術(shù)具有低溫成型，高溫成性的特點(diǎn)，可以確保產(chǎn)品性能的一致性。利用3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)如銅、鎢等高溫合金材料的無(wú)模成型，3D打印系統(tǒng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)、輕量化設(shè)計(jì)、一體化成型的結(jié)構(gòu)件生坯。然后再結(jié)合粉末冶金的脫脂燒結(jié)等工藝進(jìn)行后處理，獲得最終的高性能部件，從而獲得滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求的產(chǎn)品。
▲粉末擠出打印技術(shù)（PEP）
PEP的優(yōu)點(diǎn)及不足，均可成為其優(yōu)勢(shì)
PEP技術(shù)合理避開(kāi)以激光作為能量源的直接金屬3D打印，采取基于FDM技術(shù)的材料擠出打印方式，螺桿擠壓系統(tǒng)構(gòu)造原理簡(jiǎn)單，可有效地縮減了投入成本。不過(guò)也因擠出噴嘴口徑限制，制造出的產(chǎn)品具有一定的表面粗糙度。然而，在火箭燃燒室的設(shè)計(jì)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(tǒng)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室通道也會(huì)以特殊方式加工來(lái)獲得人工粗糙度。在此方面的不足，反而變成了優(yōu)勢(shì)，從而減少了后續(xù)加工。
為大尺寸復(fù)雜構(gòu)件制造提供解決方案
而大尺寸工業(yè)獨(dú)立雙噴嘴打印機(jī)UPS-556作為PEP技術(shù)的核心系統(tǒng)，具有獨(dú)特形狀的自由設(shè)計(jì)（包含中空夾層、鏤空點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、隨形流道等）、異形拓?fù)鋬?yōu)化、輕量化設(shè)計(jì)、多組件整合及廣泛特殊材料適配的能力。該系統(tǒng)單體結(jié)構(gòu)部件最大成型尺寸可達(dá)500mm×500mm×600mm，解決了大尺寸復(fù)雜構(gòu)件傳統(tǒng)制造過(guò)程中的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，同時(shí)也可為中小尺寸復(fù)雜構(gòu)件實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，為航空航天工業(yè)提供了數(shù)字化、短流程、高質(zhì)量的先進(jìn)增材制造解決方案。
▲UPS-556打印的火箭燃燒室生坯（來(lái)源：升華三維）
PEP技術(shù)助力航空航天裝備高質(zhì)量發(fā)展
航空航天制造領(lǐng)域作為工業(yè)界皇冠上的璀璨明珠，集成了一個(gè)國(guó)家所有的高精尖技術(shù)，使國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃得以實(shí)施。如今，中國(guó)的航空航天企業(yè)已經(jīng)不再遲疑是不是該采用3D打印技術(shù)，而是集中精力探索如何通過(guò)3D打印技術(shù)保持航空航天制造技術(shù)的領(lǐng)先性，發(fā)揮國(guó)之重器應(yīng)有的強(qiáng)大力量。
升華三維作為中國(guó)金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)的開(kāi)拓者和領(lǐng)航者，已掌握金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)在打印裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等關(guān)鍵核心技術(shù)。為科研教育、工業(yè)制造、航天航空、軍事國(guó)防、生物醫(yī)療、汽車(chē)、模具制造、新能源等領(lǐng)域，提供從材料開(kāi)發(fā)制備、3D打印設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、脫脂燒結(jié)工藝到打印服務(wù)一整套高性能間接3D打印整體解決方案。
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