铂力特3D打印技术在航空航天领域的四大应用案例

1. 千乘一号01星：整星超100万个点阵结构，最小特征0.5mm

北京时间2019年8月17日12时11分，千乘一号01星作为主星搭载中国航天科技集团有限公司捷龙一号遥一火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，火箭经主动段飞行，将卫星送入预定轨道，卫星发射入轨取得圆满成功。千乘一号卫星主结构是目前国际首个基于3D打印点阵材料的整星结构，千乘一号卫星入轨运行稳定，标志着用于航天器主承力结构的3D打印三维点阵结构技术成熟度达到九级，即实际系统成功完成使用任务。

千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计，整星结构通过铝合金增材制造技术一体化制备。传统微小卫星结构重量占比为20%左右，千乘一号微小卫星的整星结构重量占比降低至15%以内，整星结构零部件数量缩减为5件，设计及制备周期缩短至1个月，整星结构尺寸超过500mm×500mm×500mm包络尺寸。

该卫星部分轻量化零件由铂力特品牌设备BLT-S600打印制造，零件内部点阵轻量化结构最小特征仅为0.5mm。零件整体轮廓尺寸大，内部轻量化点阵胞元结构尺寸小，整星超过100万个点阵结构特征；蒙皮结构尺寸小，增材成形工艺难度大。整个制造过程充分展示了铂力特在大尺寸、精细化、特殊结构成形上的技术优势。  

2. 3D打印火箭发动机燃气发生器和燃烧室部件

2020年3月，国内领先的民营液体火箭研制企业蓝箭航天自主研发的“朱雀二号”液体运载火箭系统中的“天鹊”10吨级液氧甲烷发动机（TQ-11）再次进行长程试车。“天鹊”发动机项目组在一周内，用一套TQ-11发动机分别进行了10秒、100秒、750秒、1500秒四次全系统热试车，均取得圆满成功。

TQ-11为国内现有唯一多喷管液氧甲烷火箭发动机，是“朱雀二号”液体运载火箭的二级游动发动机。2018年，蓝箭航天公布了“朱雀二号”液体运载火箭“80+10”的火箭动力系统技术路线，两型发动机并联组合可覆盖从小型、中型到大型的“朱雀”全系列火箭家族。目前，两型发动机均已顺利试车，铂力特承担了“天鹊”发动机燃气发生器身部和燃烧室的金属3D打印服务。

燃气发生器身部和燃烧室均为蓝箭航天“天鹊”发动机中的关键零部件，零件内部结构复杂且对外形、流道精度要求严格。燃烧室零件周身均布百余条细长流道，燃气发生器身部零件内有数十个冷却通道，零件最小特征尺寸精度为±0.05mm，使用传统锻造、焊接等工艺加工无法达到技术要求。而金属3D打印技术可实现复杂结构一体成形，大大缩短发动机装配周期，集成化设计还可有效减少零组件数量，提高发动机使用维护性，也更容易进行零部件批量化生产。

铂力特前期对零件关键特征进行充分的工艺验证，并快速进行工艺迭代优化，从力学性能、特征尺寸等方面保证成形零件满足技术要求。

根据零件尺寸及结构特点，铂力特使用BLT-S310及BLT-S400分别成形燃气发生器身部及燃烧室。双激光金属3D打印设备BLT-S400可一次成形2个燃烧室，兼顾产品品质与效率，大大缩短交付周期、减少综合成本；此外，铂力特检测中心具备Nadcap认证资质、获CNAS实验室认可，可提供专业的原材料化学检测、无损检测、热处理、流量标定等相关检测服务，为零件提供全工序质量保障。

3. 3D打印立方星部署器为空间站在轨释放微纳卫星储备技术

2020年5月8日，新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，试验船飞行试验任务取得圆满成功。新一代载人飞船试验船不仅完成了首次3D打印太空实验，还搭载了世界首个基于金属3D打印技术的立方星部署器。该部署器由中国商业航天公司星众空间（北京）科技有限公司研制，由铂力特金属3D打印技术制造。

铂力特制造的金属3D打印部署器，重量仅为传统机械加工产品的一半，加工周期从过去的几个月缩短为一周，大幅度降低了设计重量，提高了结构强度。本次飞行充分验证了立方星3D打印新型部署器的结构强度、材料性能和空间环境适应性，为“3D打印+航天”的大规模应用和未来空间站在轨释放、机动部署微纳卫星提供了数据，储备了技术。

这枚名为COSPOD-3D的立方星部署器，既可满足国际标准3U立方星的发射与部署，也可满足部分增大版3U立方星的需求，容纳其多层展开帆板、大型表贴天线、相机等外部凸出载荷的应用。更重要的是，这一系列产品配有新型多星分配控制器，能够通过火箭提供的一路分离信号驱动多路部署器释放，实现一箭百星的部署能力。同样由星众空间设计研制、铂力特制造的多星分配控制器，计划在未来几个月内开展在轨试验。

采用3D打印技术加工微纳卫星部组件，在批产化方面的优势也非常显著。以此次打印的立方星部署器为例，铂力特自主研发的常规尺寸设备BLT-S310，成形尺寸为250×250×400mm，可一次成形2件部署器。铂力特其余多型号更大尺寸设备，可实现一次打印3~10件部署器的批量加工，为卫星产业“百颗”、“千颗”等大批量发射计划提供强大支持及品质保障。

4. 金属3D打印的“灵巧号”卫星，凸显速度制造优势

2021年12月，由铂力特打印、星众空间出品的“灵巧号”太空实验卫星搭载由陕西第一家商业火箭公司陕西华羿鸿达科技发射的“华羿一号”亚轨道火箭在西北某试验场成功实施首次飞行。

金属3D打印的“灵巧号”卫星（Agile Testbed），是星众空间专为生物、医药、材料、能源等太空实验设计的卫星平台。通过改造卫星结构、增强传感技术，“灵巧号”为实验载荷打造了一个有效减振、精准温控的实验环境，能够满足该类实验在轨触发和数据精准测量、记录、存储、下传等共性需求，适用于亚轨道和轨道飞行各类短期、长期任务。

铂力特本次负责“灵巧号”卫星主框架结构的打印，“灵巧号”卫星主框架结构由4件面板和4件横梁组成。为了满足主框架结构轻质、高刚度的技术要求和项目紧急的节点要求，铂力特采用AlMgSc高强度铝合金作为原材料，采用BLT-S400三激光设备实现快速研制。 

铂力特接到生产任务后快速响应，使用BLT-S400系列三激光设备一炉完成成形，总机时35h。由于项目紧急，零件在内部做24小时流转，经后处理、机加工、阳极化等处理，在截止日当天晚上10点完成交付，项目总周期8天。

航空航天是当今世界科技强国竞相发展的重点方向之一，其发展离不开兼具轻量化、难加工、高性能等特征的金属构件。增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。