我國首次實現太空金屬增材制造

近日，中科宇航力鴻一號遙一飛行器搭載的微重力金屬增材制造科學實驗載荷，正式交付中國科學院力學研究所。

據悉，該載荷由力學所自主研制，1月12日已在太空完成金屬增材制造實驗。在任務過程中，團隊完成了3D打印的物料穩定輸運與成形、全流程閉環調控、載荷-火箭高可靠協同等技術驗證，并成功取得太空增材制造金屬件的成形精度與力學性能等參數。

據中科宇航披露，此次任務是我國首次基于火箭平臺實施的太空金屬增材制造返回式科學實驗，標志著我國在太空微重力環境下利用3D打印技術成功制備出金屬零部件。

載荷研制團隊負責人姜恒研究員表示，掌握太空金屬3D打印技術，能顯著提升航天器在軌維護與擴展的自主性，降低對地面補給的依賴，還可突破傳統火箭發射的尺寸與產能限制，推動航天器從“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”轉變，助力太空任務實現從“依賴地球”到“地外自持”。

在商業航天領域，3D打印技術應用已逐步成熟。此前馬斯克宣稱Space X掌握了全球最先進的金屬3D打印技術，從而使猛禽3在設計上實現重大飛躍，實現了推力280噸、比沖350秒的顯著增強，其自重僅為1525千克。

在國內，藍箭航天的“天鵲”系列火箭發動機在加工工藝上使用3D打印技術，實現了40%至110%的調節推力調節范圍。此外，深藍航天的“星云一號”、天兵科技的“天龍二號”、星河動力的“智神星二號”，其發動機制造也均已有3D打印技術應用。據深藍航天披露。其發動機推力室85%以上零部件系采用3D打印技術。

當前，機構大多看好3D打印成為商業航天最終加工解決方案。國金證券認為，3D打印將產品理念轉變為“設計引導制造”，可實現功能集成、零部件數量大幅下降、結構優化，帶來輕量化等傳統工藝不可比擬的優勢，尤其是在對尺寸、重量非常敏感的航天領域優勢更加突出。

方正證券表示，使用3D打印之后，火箭發動機等復雜部件的成本可以降低1/5-1/3，這是由材料利用率提升、設計優化、流程縮短、零部件集成等多因素組合達成的結果，但是由于各向異性、材料、生產效率等方面技術瓶頸，3D打印仍需在部分技術領域攻關。

具體到商業航天各個環節，上述機構預測，全球3D打印火箭市場到2032年收入將達到約29億美元。而推力室是火箭發動機中最復雜、制造難度最大、制造周期最長的部件，國內相比NASA已經形成包含多種技術路線+材料的標準化體系來說還尚顯不足，后續國內火箭3D打印對標NASA、SpaceX滲透率還有較大提升空間。

衛星3D打印方面，小衛星作為一箭多星發射的最佳載體正快速發展，3D打印通過其拓撲結構優化、功能優先設計完美適配衛星減重和功能集成需求。后續在衛星主結構設計優化、支撐散熱功能集成、支架減重、連接點輕量化、推力器減重、天線減重等領域均有較大應用空間，成長前景優異。

來源：榮格-《國際金屬加工商情》

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