2021年7月，深藍航天成功實現中國首例液氧煤油火箭垂直回收試驗“蚱蜢跳”，10月再次成功實現中國首例液氧煤油火箭百米級垂直回收試驗，兩次試驗所使用的發動機均使用3D打印制造。2022年初，深藍航天宣布完成近2億人民幣的A輪融資，所募集到的資金除了將用于火箭研制、可回收重復使用技術的驗證及發射準備等工作外，還特意強調將用于3D打印增材制造工藝及可回收重復使用能力的測試與研究。

國內外媒體普遍將深藍航天與SpaceX比較，兩者在研發進程和技術的運用方面極其相似。尤其對3D打印技術的應用，兩家公司都表現出了相比其他民營航天更強的興趣。本期，3D打印技術參考通過專訪深藍航天，介紹該公司如何使用3D打印技術，及其在應用過程中遇到的問題和取得的效益。

主動將3D打印納入設計生產流程

深藍航天火箭發動機制造技術在國內獨樹一幟，由于傳統的加工手段在復雜部件的制造能力、生產效率和綜合成本方面皆無法與3D打印相比，深藍航天在產品設計之初就采取了增材設計思維。其自行研制的“雷霆-5”和“雷霆-20A”液氧煤油火箭發動機在方案設計時就優先選用激光粉末床熔融金屬3D打印技術，與傳統的設計方法相比，增材設計思維減少了出圖數量，提高了設計效率，同時為產品制造爭取了周期。

搭載“星云-M”1號試驗火箭成功實現“蚱蜢跳”的雷霆-5發動機全機85%重量的零件都由3D打印技術制作。采用傳統工藝制造的液體火箭發動機渦輪泵用離心輪、渦輪盤等復雜結構產品，涉及五軸機加工、焊接、電火花等多種工藝，存在生產流程長、加工效率低等問題。3D打印技術本身具有對產品結構復雜性不敏感的特性，深藍航天采用3D打印制造渦輪泵離心輪、渦輪盤等產品實現了尺寸和性能一致性好，整體生產效率高，綜合總成本低的優勢。

在產品的集成化制造方面，3D打印同樣為深藍航天提高了產品質量和制造效率。點火器在傳統制造方案中由多個機加工零件裝配焊接而成，對產品組件的裝配質量、焊接質量要求極高，工藝過程復雜。采用3D打印技術制備的點火器僅有一個零件，僅需要數控加工連接接口即可交付裝配；且一次可打印多個零件，打印周期僅需一周左右，縮短了產品交付周期，規避了很多質量風險。

深藍航天表示，與傳統的液體火箭發動機制造技術相比，3D打印技術助力深藍航天達成了以下目標：

• 突破傳統設計思維與制造的局限性，為設計人員提供更大的設計自由度；

• 優化零件流道流動性能，為燃料和冷卻劑通過多腔道/多流道分配提供新的可能性；

• 降低零件裝配錯誤風險，提高產品的質量穩定性、一致性；

• 減少加工步驟，省略中間環節，提高生產效率；

• 縮短產品研制周期，使產品研制總成本更具競爭力。

克服多重困難，優化產品制造方案，保證產品質量

3D打印技術在航天液體火箭發動機領域也是近幾年才有了很多的應用場景，深藍航天也僅在2021年完成雷霆-5整機飛行考核。在這個過程中研發團隊需要攻克的難點很多。例如，在雷霆-20A推力室設計方案初期，深藍航天需要解決很多問題。具體來說，推力室圓柱段內部冷卻流道的理算尺寸如何通過3D打印保證，成型后產品內流道的內表面光潔度是多少，內流道表面成型質量對介質流速、流阻的實際使用特性有什么影響。

為了攻克這些難點問題，研發設計人員與3D打印服務商反復溝通確認，最終才形成了現有的打印成型方案；另外，研發人員受限于現有3D打印設備的有效成型尺寸，雷霆-20A 推力室收擴段被迫由一個零件拆解成2個零件——收擴段和延伸段，雷霆-20A 收擴段的打印采用了效成型尺寸為600*600*600mm的國產3D打印設備，而延伸段采用旋壓成型的方案。

在材料的使用方面，深藍航天表示，當前3D打印使用的材料基本滿足深藍航天的研制需求。目前，3D打印大量應用的粉末材料牌號有GH4169、TC4、316L，還有少量的AlSi10Mg鋁合金粉末。這些牌號在國內已經有很成熟的制備工藝和產品線，市場供應基本穩定，粉末廠家也會前置一定量的安全庫存，規避用戶的加急采購，一般的供貨周期在3-5天。

通常情況下，航空航天領域會對金屬3D打印的質量存在疑慮，對此，深藍航天表示會從設計源頭上進行把控。針對3D打印材料性能和結構特點等特性對設計做適應性調整，優化設計和制造工藝，從而提高產品的穩定性。

加速迭代，完成國內首次3D打印火箭發動機真實飛行工況考核

雷霆-5型液體火箭發動機，是國內首型使用3D打印技術制造的針栓式電動泵液氧煤油發動機。3D打印技術的應用加速了設計-制造-設計的迭代。

在2020年初，雷霆-5液氧煤油發動機進行了首次整機變推力長程試車，試驗成功。雷霆-5從方案設計到整機試車僅僅用時8個月。

2021年7月，雷霆-5助推 “星云-M”1號試驗火箭完成了首次垂直起飛和垂直降落自由飛行，即被稱之為“蚱蜢跳”的運載火箭垂直回收飛行試驗，試驗任務取得圓滿成功。

在國內首次完成了由3D打印制造火箭發動機的真實飛行工況考核。目前已有20余件3D打印產品應用于深藍航天液體火箭發動機總裝、總測。

充分依靠3D打印供應鏈，形成自主生產能力

深藍航天表示，公司目前在國內有2-3家穩定的3D打印合作伙伴，2021年與其中一家簽訂了戰略合作協議，保障2022年6-8套推力室和渦輪泵等3D打印服務穩定供應。現階段3D打印服務滿足該公司的研制計劃，不會是深藍航天產品研制的瓶頸。

深藍航天感謝這些3D打印合作伙伴長期以來的支持！他們提供了質量穩定的3D打印產品，特別是在雷霆-5、雷霆-20A發動機設計方案階段，給深藍航天提出了很多寶貴的建議，規避了很多產品成型質量風險。深藍航天期望和他們在未來有更深入的合作，除了在產品3D打印方面提供服務外，在特征結構打印、工藝支撐方案設計、粉末和產品性能測試數據等方面充分進行技術交流，實現知識共享和技術突破，共同推進3D打印技術在航天領域的應用和發展。

未來，深藍航天將繼續秉持輕量化設計、一體化設計等先進的設計思想，為液體火箭特有構件一體化快速成型、超大幅面精密結構件輕量化制造等3D打印技術提供工程應用場景。

利用3D打印的技術優勢，快速制造高質量產品，加速深藍航天設計的迭代速度。2022年初，深藍航天開始規劃自有增材制造產能，預計到2022年底初步實現小批量產品3D打印制造能力，到2024年前深藍航天將在南通工廠建成增材制造+智能制造生產基地，加速推進航天產品增材制造產業化。同時，深藍航天研發團隊將攻關銅材3D打印技術瓶頸，進一步提高3D打印產品的質量和性能。

END

深藍航天CEO霍亮表示，3D打印發動機一旦成熟應用，意味著火箭發射成本將進一步降低。據公開報道，SpaceX獵鷹9號火箭每次發射收費約6200萬美元，而Rocket Lab為NASA提供的月球發射任務的報價僅約1000萬美元，后者的火箭正是大規模采用了3D打印技術。如果再能實現重復使用，這將大大提高其利潤空間。

3D打印技術可以顯著縮短產品制造流程，降低成本。集成化的制造優勢能夠將原來有數百個零件組成的部件通過設計實現合并，從而大大減少零件數量、提高制造效率，并減少事故率。此外，傳統發動機制造技術的市場供應商受限，3D打印技術市場供應商更多，來源廣泛，市場化環境在競爭中有更加顯著的優勢。

來源：3D打印技術參考