湖南华曙高科3D打印火箭点火装置壳体

5月20日，记者在湖南华曙高科技有限责任公司（以下简称华曙高科）产品陈列厅中见到一件外径约12厘米、呈空心球形、球壁上分布着数十个形状各异孔洞的3D打印灰白色物件。
           

“别看它小小的不起眼，它可是火箭发动机点火装置上的壳体，是火箭正常运行不可或缺的部分。”华曙高科常务副总经理陈勃生告诉记者。


4月20日，中国航天科工集团第六研究院在官方网站发布消息，称该院41所应用3D打印技术研制的某型号固体火箭发动机点火装置成功通过发动机地面试车考核，这标志着我国首次成功将3D打印技术应用于固体火箭发动机研制领域。该发动机点火装置上的3D打印部分——壳体，正是由华曙高科为航天科工六院“量身打造”的。
           

原来，航天科工六院曾采用传统制造工艺制作壳体，但因其在设计和加工方面要求很高，又因航天发动机在预研阶段设计方案反复多变，各形态壳体非批量生产，所以生产成本很高。更关键的是，采用传统材质制造的壳体无法满足火箭点火时的技术需求。六院41所点火技术研究室的科研人员想到了3D打印技术。他们曾选择美国某3D打印公司，但将该公司制造的试样壳体用于试验时，点火喷射过程尚未结束，壳体自身已被炸得粉碎。研发一度陷入困境。


2013年11月，华曙高科专家应邀至航天科工集团讲座。该集团第六研究院的研究人员询问他们是否能够制作发动机点火装置的壳体。陈勃生回答：“我们可以按照要求尽力尝试，做出成品后，你们再试验看行不行。”


虽然口头说的是“尽力尝试”，但陈勃生心里是有底气的，因为华曙高科所采用的3D打印工艺——选区激光粉末烧结（LS），其产品特性本身就特别符合壳体的要求。


陈勃生介绍，3D打印一共有7种主要技术，航天科工六院先前联系的那家美国公司采用的是熔融沉积制造（FDM），受困于工艺限制，打印出来的物体在水平方向的承载能力较强，而垂直方向的承载能力较弱，所以壳体在点火装置开始运作的瞬间，就沿垂直方向被炸碎。


LS技术则是将物体分为多层，逐层铺设材料粉末，通过激光扫描将粉末熔融，再冷却固化成形。陈勃生特别指出，激光每扫描一次，都会穿透已经制造成形的多层，这样就使每一层材质都经过了多次烧结，层与层之间的连接相对于FDM技术制造的物体就更为坚固。
         

公司现有十种高分子材料，我们按照六院给出的设计图，每种材料分别做了十几种不同形状、结构的壳体。”陈勃生说，“每做一次试验，研究人员都会根据试验结果对产品的材料、形状等提出新的要求，公司再根据要求做相应的改进，制造出新的试样。”

一年多时间里，华曙高科总共制造了上百个3D打印试样壳体提供给航天科工六院，该院进行了多次单项点火试验来考核壳体性能，为壳体在发动机试车中的成功应用打下坚实基础，最终才有了地面试车的一次性成功。