增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景二：衛(wèi)星關(guān)鍵零部件整體化制造

來(lái)源：增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

2022年8月，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《首批增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景名單》，經(jīng)過(guò)地方推薦、專家評(píng)審、社會(huì)公示等程序，形成了首批增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景，共有工業(yè)、醫(yī)療、建筑、文化等領(lǐng)域的36個(gè)優(yōu)質(zhì)應(yīng)用場(chǎng)景入選。

為加快增材制造先進(jìn)技術(shù)與裝備應(yīng)用推廣，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟設(shè)立“增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景案例專欄”，從需求痛點(diǎn)、案例介紹、技術(shù)先進(jìn)性、應(yīng)用成效、下一步計(jì)劃等角度立體展示優(yōu)秀成果案例。

現(xiàn)將第二期“衛(wèi)星關(guān)鍵零部件整體化制造”發(fā)布如下。

場(chǎng)景類型	復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品整體化制造
場(chǎng)景項(xiàng)目名稱	衛(wèi)星關(guān)鍵零部件整體化制造
場(chǎng)景項(xiàng)目單位	制造商	西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司
	提供商	西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司
	應(yīng)用單位	中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司

一、背景概述

（一）需求痛點(diǎn)

隨著航天裝備制造業(yè)的發(fā)展，大尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件需求日益迫切，其行業(yè)的特殊性要求零件在更極端的條件下服役，因此對(duì)這些結(jié)構(gòu)件的性能要求也比較高，主要體現(xiàn)在其耐用性和極限輕量化等方面。這些零件需要使用新材料以保證其耐用性，同時(shí)通過(guò)工藝保證大尺寸零件性能和極限輕量化。傳統(tǒng)加工工藝難以滿足加工需求，制約了衛(wèi)星關(guān)鍵零部件的加工研制。

（二）解決方案

激光選區(qū)熔化增材成形技術(shù)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的激光增材制造技術(shù)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)難熔金屬及合金加工，滿足零件設(shè)計(jì)自由度的要求，無(wú)論是異形曲面、復(fù)雜流道結(jié)構(gòu)還是薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)，都可以滿足制造要求；同時(shí)，在確保穩(wěn)定提升性能的基礎(chǔ)上，節(jié)能化設(shè)計(jì)各類零部件，滿足輕量化設(shè)計(jì)要求，極大程度降低零件重量，為衛(wèi)星關(guān)鍵零部件整體化制造提供了可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑。

二、案例介紹——衛(wèi)星肼瓶支架

（一）案例描述

肼瓶是衛(wèi)星推進(jìn)用燃料的儲(chǔ)存容器，肼瓶支架作為連接肼瓶與星體的結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)肼瓶的安裝及推進(jìn)力的傳遞等，是推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵承力件。發(fā)射衛(wèi)星入軌運(yùn)行的成本可以達(dá)到每公斤數(shù)十萬(wàn)元以上，而且，衛(wèi)星重量增加會(huì)對(duì)運(yùn)載推進(jìn)技術(shù)提出更高的要求，因此，衛(wèi)星上零部件的減重有著極高的必要性。

圖1 鉑力特激光增材制造肼瓶支架

針對(duì)承力要求及迫切的減重需求，采用了點(diǎn)陣+蒙皮整體輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并采用激光選區(qū)熔化成形進(jìn)行整體增材制造成形。

圖2 點(diǎn)陣+蒙皮 肼瓶支架

肼瓶支架利用西安鉑力特公司的BLT-S600型激光選區(qū)熔化成形裝備成形制造，最大可成形尺寸為600mm×600mm×600mm，可滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景零件尺寸需求。同時(shí)，BLT-S600在打印過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)一體成形，減少了傳統(tǒng)工藝下的支撐、連接結(jié)構(gòu)，大大降低了零件成形后的重量，可以實(shí)現(xiàn)極端輕量化，滿足航空航天等領(lǐng)域?qū)α慵��?yán)苛質(zhì)量和安全保障的要求。

圖 3 激光選區(qū)熔化成形設(shè)備BLT-S600

（二）技術(shù)水平及先進(jìn)性

和傳統(tǒng)鍛鑄造工藝相比，產(chǎn)品通過(guò)點(diǎn)陣+蒙皮整體輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，使用鋁合金粉末在激光選區(qū)熔化工藝下進(jìn)行整體增材制造成形，使整體減重超過(guò)60%，整星結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量占比降至15%以內(nèi)；整體增材制造工藝簡(jiǎn)單，制造周期縮短，成本降低；整體制造減少了螺接、膠接、焊縫等的數(shù)量，從而提高了零部件的可靠性；結(jié)構(gòu)性能上，結(jié)構(gòu)頻率提升近50%。

三、應(yīng)用推廣成效

該型肼瓶支架已經(jīng)經(jīng)過(guò)了各項(xiàng)地面考核，成功入軌運(yùn)行。相關(guān)成果已拓展至其他數(shù)十個(gè)衛(wèi)星型號(hào)、上百種其他衛(wèi)星零件的研制和生產(chǎn)，支撐了我國(guó)探月等重大工程的研制。

四、下一步提升及推廣

目前，通過(guò)點(diǎn)陣蒙皮的一體化設(shè)計(jì)和一體化增材制造，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件的研制和應(yīng)用。下一步，為追求更極致的減重需求，同時(shí)，結(jié)合功能一體化的需求，研究防隔熱、減震緩震等功能需求場(chǎng)景下不同點(diǎn)陣形式，不同結(jié)構(gòu)形式等的性能和制造，擴(kuò)大點(diǎn)陣蒙皮結(jié)構(gòu)在衛(wèi)星上的應(yīng)用，進(jìn)一步提升衛(wèi)星性能指標(biāo)。該類產(chǎn)品具有很好的應(yīng)用前景，針對(duì)國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)研制，尤其是型號(hào)小型化、輕量化需求更加迫切，其推廣前景廣泛。


（撰寫單位：西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司）