首都航天机械有限公司实现超大尺寸铜合金产品的高效增材制造

2023年8月29日

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3D打印技术参考于注意到，首都航天机械有限公司于8月23日发布消息称，首都航天机械有限公司在火箭发动机金属3D打印制造方面取得重要进展。

填补国内空白

文章指出，首都航天机械有限公司成功实现某型发动机推力室身部内壁试验件的增材制造。该产品直径达600毫米量级，高度达850毫米量级，是目前公开报道过的最大的整体增材制造铜合金身部产品，其成功研制也标志着该公司成为国内首家全面掌握大尺寸铬锆铜合金激光选区熔化增材制造技术的单位。该技术突破填补了国内增材制造技术领域的空白，助力发动机生产跑出创新“加速度”。

推力室作为为火箭发动机提供强劲推动力的核心组件，是典型复杂精密构件。以往，推力室身部结构生产涉及的工序繁杂，制造周期至少为6个月，可靠性不足，且生产成本较高。为适应高强密度发射的新形势，逐步实现“提质降本增效”，增强竞争优势，推力室身部的增材制造技术攻关被提上日程。激光选区熔化技术成型精度高，是复杂结构推力室身部增材制造的“不二之选”。

研制之初，工程化应用极为困难

2020年起，在前期近七年的技术经验积累下，首都航天机械有限公司增材团队针对某型发动机，开展铬锆铜合金推力室身部零件技术调研与方案制定等工作，并深入开展工艺攻关，逐步形成了整体结构优化设计的新思路，为日后的技术突破奠定基础。

但是工程化应用之路似乎道阻且长。铬锆铜合金材料制备推力室身部具有显著优势，但与此同时，这种材料对激光反射率高，热传导快，激光选区熔化成形难度大，国内增材制造行业内暂无成熟专用设备，实现超大尺寸铜合金产品的高效增材制造难度极大。

从0到1，成功制造

“设备是我们实现从‘0’到‘1’突破的基础，是需要我们首先去跨越的‘关卡’。”团队成员陈帅表示。对此，该团队针对铜合金增材制造的特点，充分研究激光功率等不同的工艺参数对成形规律的影响，并依据试验数据，首次提出了专用设备的集成方案，联合设备厂家首次研制出了行业内少有的红外激光铜合金产品的专属增材制造设备。在专属设备的加持下，铜合金产品的增材制造之路就此起航。

然而，在产品制造的过程中，团队遇到了新的问题：冷却通道粗糙度高，常规的表面光整技术无法实现冷却通道的光整。对此，团队成员开始积极探索更合适的光整技术，以提升零件表面质量。在开展数次组合工艺试验后，团队最终实现了复杂窄流道结构燃烧室的精密光整。

3D打印，显示更大应用潜力

经过三年不懈努力，团队先后完成了铜合金粉末质量控制、铜合金激光选区成形工艺优化等一整套技术研究，在国内率先实现了铬锆铜合金激光选区熔化增材制造的技术突破。采用该技术制造的产品性能较设计指标提高50%以上，成形零件尺寸精度大幅提升，且生产周期缩短至惊人的15至20天，成本较传统生产模式明显降低。

4月14日，目前已公开报道过的最大的整体增材制造铜合金身部产品——某型发动机推力室身部内壁试验件问世。增材制造技术的大门再一次被推开更多，这项新技术显示出更大的应用潜力。

为了加速推进工程化应用进程，首都航天机械有限公司成立了集“增材制造、后处理、连接、检测、试验和保障”为一体的型号产品增材制造专项工作组，预计年内将完成多型发动机推力室头部及身部、涡轮泵等产品的增材制造。

注：本文内容来自首都航天机械有限公司，转载已获授权。

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