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

來源：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)用場景名單》，經(jīng)過地方推薦、專家評審、社會公示等程序，形成了首批增材制造典型應(yīng)用場景，共有工業(yè)、醫(yī)療、建筑、文化等領(lǐng)域的36個優(yōu)質(zhì)應(yīng)用場景入選。

為加快增材制造先進技術(shù)與裝備應(yīng)用推廣，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟設(shè)立“增材制造典型應(yīng)用場景案例專欄”，從需求痛點、案例介紹、技術(shù)先進性、應(yīng)用成效、下一步計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。

場景類型	復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品整體化制造
場景項目名稱	衛(wèi)星關(guān)鍵零部件整體化制造
場景項目單位	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	中國航天科技集團有限公司

一、背景概述

（一）需求痛點

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，同時通過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)展起來的一種先進的激光增材制造技術(shù)。該技術(shù)可實現(xiàn)難熔金屬及合金加工，滿足零件設(shè)計自由度的要求，無論是異形曲面、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，在確保穩(wěn)定提升性能的基礎(chǔ)上，節(jié)能化設(shè)計各類零部件，滿足輕量化設(shè)計要求，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)星推進用燃料的儲存容器，肼瓶支架作為連接肼瓶與星體的結(jié)構(gòu)，負責(zé)肼瓶的安裝及推進力的傳遞等，是推進系統(tǒng)的關(guān)鍵承力件。發(fā)射衛(wèi)星入軌運行的成本可以達到每公斤數(shù)十萬元以上，而且，衛(wèi)星重量增加會對運載推進技術(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

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

圖2 點陣+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)用場景零件尺寸需求。同時，BLT-S600在打印過程中可以實現(xiàn)點陣結(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)水平及先進性

和傳統(tǒng)鍛鑄造工藝相比，產(chǎn)品通過點陣+蒙皮整體輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，使用鋁合金粉末在激光選區(qū)熔化工藝下進行整體增材制造成形，使整體減重超過60%，整星結(jié)構(gòu)實現(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)過了各項地面考核，成功入軌運行。相關(guān)成果已拓展至其他數(shù)十個衛(wèi)星型號、上百種其他衛(wèi)星零件的研制和生產(chǎn)，支撐了我國探月等重大工程的研制。

四、下一步提升及推廣

目前，通過點陣蒙皮的一體化設(shè)計和一體化增材制造，已經(jīng)實現(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，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景下不同點陣形式，不同結(jié)構(gòu)形式等的性能和制造，擴大點陣蒙皮結(jié)構(gòu)在衛(wèi)星上的應(yīng)用，進一步提升衛(wèi)星性能指標(biāo)。該類產(chǎn)品具有很好的應(yīng)用前景，針對國家重點型號研制，尤其是型號小型化、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）