中国航天日 | 铂力特2022年航天金属3D打印重要应用案例 - 3D打印技术参考

中国航天日 | 铂力特2022年航天金属3D打印重要应用案例

                   

永年激光金属3D打印新产品和科技成果通过鉴定——国内领先、国际先进

2022年度,金属3D打印上市企业铂力特获得9.18亿元营收,同比增长66.32%,公司财报显示这是因为公司继续深耕航空航天领域,持续开发新的设备型号,且不断开拓新的市场和应用领域所致。财报同时显示,航空航天领域贡献了6.37亿元,占总营收的69.46%。这一收入也使其成为当前国内航空航天增材制造金属零部件产品市场的龙头。

航空航天零部件的生产周期长、成本高,制造难度大,而铂力特为我国航天领域的用户提供了高质量的制造服务,使金属3D打印技术在航空航天领域获得了高附加值应用,从零件级、部件级到整机级逐步加深应用程度。在中国航天日,本期内容,3D打印技术参考主要介绍其在过去一年实现的重要应用案例,用户单位涉及航天科技、航天科工、商业航天以及高校。
01
助力凌空天行“TXI”系列火箭发射

2022年5月,凌空天行“TXI”系列火箭完成了第9次发射,火箭将某载荷精准投送到了任务窗口,任务获得圆满成功。

铂力特为此次任务打印了火箭电控舱圆柱段壳体、电气舱锥段壳体、尾段壳体三个零件。零件均为回转体,分布较多凸台、筋条、窗口,且零件成形尺寸大,质量要求高。由于航天零件服役要求严苛,结构复杂,客户要求零件一体打印,除装配位置外不进行机加加工。综合考虑后,铂力特选用BLT-S800对零件进行制作。

中国航天日 | 铂力特2022年航天金属3D打印重要应用案例凌空天行“TXI”系列火箭

BLT-S800是铂力特在2021年发布的明星设备,针对航空航天领域零件大尺寸特点,打印尺寸为800mm×800mm×600mm(W×D×H),可使复杂特征零部件一体成形。该设备拥有十激光选配方案,成形速度可达250cm³/h,零件更快成形。经验收,零件整体变形控制较好,尺寸及力学性能稳定且符合客户要求。BLT-S800大尺寸成形设备生产的零件的精度、质量能达到工程应用的标准。

 
02
助力西工大“飞天一号”火箭成功发射

2022年7月,由西工大航天学院空天组合动力创新团队牵头研制的“飞天一号”火箭冲压组合动力在某基地成功发射,在国际范围内首次验证了煤油燃料火箭冲压组合循环发动机火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力。

铂力特参与制造了该组合发动机某些关键零件。这些零件结构复杂,成形尺寸大,铂力特使用BLT-S515和BLT-S600进行打印,在保证零件质量的同时实现了零件快速制造并缩短了交付周期。

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西工大“飞天一号”火箭

BLT-S515经多批次迭代和大批量应用验证,运行成熟稳定,出品零件经得起国际标准的考验。该设备成形尺寸为500mm×500mm×1500mm,可满足大尺寸长轴形零件的制造需求,让3D打印技术突破零件高度限制。BLT-S600最大成形尺寸达600mm×600mm×600mm,满足多种应用场景零件尺寸需求,可解决高端应用领域中大尺度异形空间曲面特征、多特征跨尺度结构、镂空网状及空间连续拓扑包络等复杂结构的一体化成形难题。
03
助力蓝箭航天发动机制造

蓝箭航天致力于研制以液氧甲烷作为推进剂的中大型运载火箭系列产品,为全球市场提供高性价比、高可靠性的发射服务。3D打印一直是其在产品研制过程中使用的重要技术。

在市场调研阶段,蓝箭航天了解到铂力特在金属3D打印航空航天零件研制和生产方面技术成熟、经验丰富,多型号的设备可满足各类大尺寸零件生产需求,且设备经过大规模应用考验,出品零件的质量和可靠性受到客户认可。
 

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蓝箭航天研制的液氧甲烷发动机

 
在合作中,蓝箭航天感受到铂力特在产品交付质量、交付周期和最终整体价格方面均有竞争力,这促使了蓝箭航天不断增加跟铂力特之间合作的深度和广度。
在零件制造方面,铂力特帮助蓝箭航天打印了发动机接头类零件、点火器支座和游机身部等。这些零件具有异形结构,采用传统方法制造周期长、模具制造困难、成本高,且生产难度大、难以保证质量。铂力特利用金属3D打印技术为用户节约了研发成本、减少了生产周期,制造出了高质量的零部件。
 
04
助力九州云箭可回收发动机制造

2022年7月, 由九州云箭出品的龙云液氧甲烷发动机完成了系列可靠性热试车考核。在该项目中,铂力特为九州云箭打印了旋转机械、燃烧装置以及发动机管路等零部件。

旋转机械、燃烧装置是液氧甲烷发动机的核心部件,其品质好坏对发动机整机性能和可靠性至关重要。其中旋转机械零件在制造过程中控形难度高、零件局部结构后处理工艺难度较大;燃烧装置结构则较为复杂,强度要求高,且零件需要在高温或低温条件下工作;发动机管路突破了原有的设计边界,更加轻量化,旨在提高整机工作可靠性。
 

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龙云液氧甲烷发动机可靠性热试车

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在打印前期,铂力特产品团队对所需零件的服役条件进行了充分分析,选用了抗疲劳、耐腐蚀性良好的高温合金作为零件的材料,并根据零件的工艺特征确定了零件的尺寸、力学性能等关键数据,确保成形零件满足技术要求。基于对上述零件打印指标要求的分析,最终确定使用BLT-S400、BLT-S515、BLT-S600进行生产。
 
05
助力快舟十一号运载火箭成功发射

2022年12月,快舟十一号固体运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空,成功将行云交通VDES试验卫星送入预定轨道。

快舟十一号的研制过程中,研制周期、经济成本是项目的重要考量因素。同时,火箭本身需要具备很强的运载能力,需要对全箭进行轻量化设计。

中国航天日 | 铂力特2022年航天金属3D打印重要应用案例快舟十一号固体运载火箭

在参与项目之初,铂力特就聚焦以增材制造思维协助研制团队进行轻量化、尽己所能提升研制速度和降低成本,并参与研制了快舟十一号的多个发动机组件产品,涉及需要在高温条件下服役的多流道结构或异形管路的壳体结构。
 
铂力特产品团队利用BLT-S310打印了相关的钛合金和高温合金零部件,在保证零件强度的同时实现了零件的轻量化,而且零件性能指标更优。经检验,成形零件满足发动机的使用要求,而且铂力特的一体化成形策略缩短了零件的设计改型测试时间和制造时间,提高了制造效率,同时避免了零件在服役过程中出现焊接处开裂等问题,有效提高了零件的质量和使用寿命。
06
助力星际荣耀发动机半系统联合试验

2023年3月,星际荣耀百吨级液氧甲烷火箭发动机“JD-2”顺利完成两次真实介质下的半系统联合试验。铂力特利用多年的金属3D打印经验,协助研制团队为“JD-2”液体发动机打印了多个管路类和涡轮泵类零件,帮助客户实现了降本增效。

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星际荣耀“JD-2”半系统联合试验

 

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发动机管路类零件多为异形薄壁结构,成形过程易变形;涡轮泵类零件尺寸较大,控形难度大,且对流道表面粗糙度要求高。这两类零件采用传统方法生产的难度均较大。
 
铂力特根据零件成形难点和服役条件,开发了定制化的工艺方案,选用BLT-S515、BLT-S600打印了相关的钛合金和高温合金零部件。经检验,成形零件的质量精度、强度、性能指标均满足“JD-2”液体发动机的使用需求,同时铂力特实现了零件的快速制造,帮助客户加快了技术迭代和方案验证,提高了研制效率。
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依次为BLT-S400、BLT-S515、BLT-S600、BLT-S800

END

铂力特自2011年成立以来,围绕金属增材制造装备国产化、粉末材料制备、工艺技术自主研发以及增材制造产品工程化应用推广进行了不懈努力。针对航空航天领域零部件的制造特点和客户需求,不断研发,满足产品品质与制造效率,在充分发挥自身技术优势与制造经验的基础上,不断探索改进,精益求进。

而在当前航天发射密集及国防应用需求增长的背景下,这些领域也表现出对金属3D打印技术更多的认可。铂力特2022年在航空航天领域的收入较上年增长了101.71%,这一数据足以证明这些领域对该技术需求的增长,以及对铂力特技术的认可。

铂力特表示,将始终坚持以高质量、高标准打造产品与服务,利用自身的研发能力与生产经验,不断探索改进,突破技术难题,提高技术水平。在未来,将持续聚焦空天领域工程化应用,以高质量、高标准打造产品与服务,用金属增材制造技术助力航空航天更深远的征程。

注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,已经过铂力特审核,转载请点击转载须知
 
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