編者按：本文來自微信公眾號(hào)“3D打印聯(lián)盟智庫”（ID:iPrinting）作者：晚風(fēng)飲墨香，3D打印資源庫經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

3D打印技術(shù)作為航天領(lǐng)域備受推崇的技術(shù)之一，有力推動(dòng)了世界航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，本期我們就帶大家盤點(diǎn)一下3D打印技術(shù)在世界航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

美國
美國Relativity是全球航天領(lǐng)域的明星企業(yè)，非常熱衷于3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的探索與應(yīng)用。他們利用3D打印技術(shù)制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和助推器，將運(yùn)載火箭的零件數(shù)量從10萬個(gè)降低到1000個(gè)以下，零件數(shù)僅為原來的1%，不僅提高了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，而且通過零件的重新設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)改造，有效降低了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)重量，可謂是兩全其美。

美國政府對(duì)于民營航天企業(yè)的支持力度非常之大， Relativity研發(fā)的一款液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)Aeon 1，在NASA的測(cè)試平臺(tái)成功進(jìn)行了測(cè)試。據(jù)悉Aeon 1只有100個(gè)零件，采用3D打印技術(shù)進(jìn)行制造，周期僅為20天。19年美國火箭愛好者曾對(duì)全球3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了排名，Aeon1表現(xiàn)出色，位居榜首。

英國
英國火箭公司Orbex在19年發(fā)布的新一代小型衛(wèi)星發(fā)射器(Prime small-satellitelauncher)中的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用3D打印技術(shù)制造，通過零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，與目前正在開發(fā)的其他小型衛(wèi)星發(fā)射裝置相比，Prime的不僅整體重量將減少30%，燃油效率將提高20%，而且由于是整體3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，避免了焊接等造成的缺陷。Orbex航天工程師也將密切關(guān)注3D打印技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)并優(yōu)化專門使用與3D打印的零件幾何特征。

德國
作為老牌工業(yè)強(qiáng)國，德國對(duì)3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用也不甘示弱。柏林新星工程公司CellCore通過放生工程并借鑒自然結(jié)構(gòu)原理，通過專業(yè)計(jì)算手段有針對(duì)性的對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行量身定制優(yōu)化，開發(fā)出的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室內(nèi)設(shè)計(jì)有冷卻通道，并可與推力室采用3D打印技術(shù)一體化成形，成形周期由之前的6個(gè)月縮短至現(xiàn)在的5天。

一體式火箭推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合了噴射器和推力室，將眾多獨(dú)立零件集成簡(jiǎn)化一個(gè)零件，其多功能輕量化結(jié)構(gòu)只有通過SLM工藝才能實(shí)現(xiàn)。

中國
作為航天大國，中國在航天領(lǐng)域的成就舉世矚目，我們不僅有了完善的火箭推進(jìn)技術(shù)，衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)，成功開發(fā)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，而且我們還在逐步建設(shè)空間站，進(jìn)行嫦娥探月及火星登錄探索計(jì)劃，這一列成就離不開新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，這其中就有3D打印的身影。

長征五號(hào)的發(fā)射成功讓中國步入“大航天時(shí)代”。長征五號(hào)研制全程共突破了240多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中鈦合金芯級(jí)捆綁支座為運(yùn)載火箭的主承力構(gòu)件，采用了3D打印技術(shù)進(jìn)行制備，不僅強(qiáng)度更高，加工速度更快，重量還比原來的高強(qiáng)鋼設(shè)計(jì)減少30%。
航天科技一院長征五號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師李東曾經(jīng)介紹稱3D打印將為今后火箭的主承力部段輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

此外由中國航天科技集團(tuán)研發(fā)的世界首例衛(wèi)星主體輕量化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)也是采用金屬3D打印技術(shù)制備，采用點(diǎn)陣網(wǎng)格優(yōu)化設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了減重目標(biāo)。

2019年8月17日12時(shí)11分，捷龍一號(hào)遙一火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛，以“一箭三星”的方式將“千乘一號(hào)01星”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。千乘一號(hào)衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)是目前國際首個(gè)基于3D打印點(diǎn)陣材料的整星結(jié)構(gòu)，千乘一號(hào)衛(wèi)星入軌運(yùn)行穩(wěn)定，標(biāo)志著用于航天器主承力結(jié)構(gòu)的3D打印三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟度達(dá)到九級(jí)，即實(shí)際系統(tǒng)成功完成使用任務(wù)。

千乘一號(hào)整星結(jié)構(gòu)采用面向增材制造的輕量化三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，整星結(jié)構(gòu)通過鋁合金增材制造技術(shù)一體化制備。傳統(tǒng)微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量占比為20%左右，整星頻率一般為70Hz左右。千乘一號(hào)微小衛(wèi)星的整星結(jié)構(gòu)重量占比降低至15%以內(nèi)，整星頻率提高至110Hz，整星結(jié)構(gòu)零部件數(shù)量縮減為5件，設(shè)計(jì)及制備周期縮短至1個(gè)月。整星結(jié)構(gòu)尺寸超過500mm×500mm×500mm包絡(luò)尺寸，也是目前最大的增材制造一體成形衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。

在千乘一號(hào)小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用了宏細(xì)觀一體化優(yōu)化方法等前沿技術(shù)，考慮了3D打印工藝約束與整星裝配約束，在點(diǎn)陣材料細(xì)觀構(gòu)型與連接結(jié)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。目前，已將該方法也應(yīng)用于衛(wèi)星整星結(jié)構(gòu)、相變儲(chǔ)能熱控結(jié)構(gòu)與有效載荷支架結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重30%-60%。

千乘一號(hào)小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)由航天五院總體部機(jī)械系統(tǒng)事業(yè)部負(fù)責(zé)研制。航天五院總體部機(jī)械系統(tǒng)事業(yè)部是我國航天器空間機(jī)械產(chǎn)品研制的核心部門，近年來在面向3D打印的航天器輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方面開展了大量的研究工作，突破了基于三維點(diǎn)陣材料的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

上述案例僅代表著3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的部分應(yīng)用情況，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，航天設(shè)計(jì)工程師對(duì)3D打印的認(rèn)知程度不斷加深，應(yīng)用效益得到擴(kuò)大，越來越多的應(yīng)用將會(huì)采用3D打印技術(shù)制備，在未來可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)， 3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長。

在中國航天領(lǐng)域不僅僅有國家對(duì)的航天企業(yè)，民營航天科技企業(yè)在3D打印應(yīng)用方面也非常積極，其中2019年10月，民營航天企業(yè)深藍(lán)航天對(duì)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推力室長程試車，試驗(yàn)取得圓滿成功。2019年11月30日，藍(lán)箭航天“天鵲”10噸級(jí)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)（TQ-11）全系統(tǒng)熱試車成功。這些企業(yè)也都采用了3D打印技術(shù)用以制備火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，效果明顯，令人振奮。

3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用如火如荼，主要是3D打印技術(shù)本身自有的優(yōu)勢(shì)，具體優(yōu)勢(shì)詳情可閱讀 金屬增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 這篇文章詳細(xì)了解。

本文經(jīng)授權(quán)發(fā)布，不代表3D打印資源庫立場(chǎng)。如若轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者。

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3D打印技術(shù)作為航天領(lǐng)域備受推崇的技術(shù)之一，有力推動(dòng)了世界航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，本期我們就帶大家盤點(diǎn)一下3D打印技術(shù)在世界航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

美國
美國Relativity是全球航天領(lǐng)域的明星企業(yè)，非常熱衷于3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的探索與應(yīng)用。他們利用3D打印技術(shù)制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和助推器，將運(yùn)載火箭的零件數(shù)量從10萬個(gè)降低到1000個(gè)以下，零件數(shù)僅為原來的1%，不僅提高了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，而且通過零件的重新設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)改造，有效降低了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)重量，可謂是兩全其美。

美國政府對(duì)于民營航天企業(yè)的支持力度非常之大， Relativity研發(fā)的一款液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)Aeon 1，在NASA的測(cè)試平臺(tái)成功進(jìn)行了測(cè)試。據(jù)悉Aeon 1只有100個(gè)零件，采用3D打印技術(shù)進(jìn)行制造，周期僅為20天。19年美國火箭愛好者曾對(duì)全球3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了排名，Aeon1表現(xiàn)出色，位居榜首。

英國
英國火箭公司Orbex在19年發(fā)布的新一代小型衛(wèi)星發(fā)射器(Prime small-satellitelauncher)中的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用3D打印技術(shù)制造，通過零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，與目前正在開發(fā)的其他小型衛(wèi)星發(fā)射裝置相比，Prime的不僅整體重量將減少30%，燃油效率將提高20%，而且由于是整體3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，避免了焊接等造成的缺陷。Orbex航天工程師也將密切關(guān)注3D打印技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)并優(yōu)化專門使用與3D打印的零件幾何特征。

德國
作為老牌工業(yè)強(qiáng)國，德國對(duì)3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用也不甘示弱。柏林新星工程公司CellCore通過放生工程并借鑒自然結(jié)構(gòu)原理，通過專業(yè)計(jì)算手段有針對(duì)性的對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行量身定制優(yōu)化，開發(fā)出的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室內(nèi)設(shè)計(jì)有冷卻通道，并可與推力室采用3D打印技術(shù)一體化成形，成形周期由之前的6個(gè)月縮短至現(xiàn)在的5天。

一體式火箭推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合了噴射器和推力室，將眾多獨(dú)立零件集成簡(jiǎn)化一個(gè)零件，其多功能輕量化結(jié)構(gòu)只有通過SLM工藝才能實(shí)現(xiàn)。

中國
作為航天大國，中國在航天領(lǐng)域的成就舉世矚目，我們不僅有了完善的火箭推進(jìn)技術(shù)，衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)，成功開發(fā)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，而且我們還在逐步建設(shè)空間站，進(jìn)行嫦娥探月及火星登錄探索計(jì)劃，這一列成就離不開新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，這其中就有3D打印的身影。

長征五號(hào)的發(fā)射成功讓中國步入“大航天時(shí)代”。長征五號(hào)研制全程共突破了240多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中鈦合金芯級(jí)捆綁支座為運(yùn)載火箭的主承力構(gòu)件，采用了3D打印技術(shù)進(jìn)行制備，不僅強(qiáng)度更高，加工速度更快，重量還比原來的高強(qiáng)鋼設(shè)計(jì)減少30%。
航天科技一院長征五號(hào)運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師李東曾經(jīng)介紹稱3D打印將為今后火箭的主承力部段輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

此外由中國航天科技集團(tuán)研發(fā)的世界首例衛(wèi)星主體輕量化點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)也是采用金屬3D打印技術(shù)制備，采用點(diǎn)陣網(wǎng)格優(yōu)化設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了減重目標(biāo)。

2019年8月17日12時(shí)11分，捷龍一號(hào)遙一火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛，以“一箭三星”的方式將“千乘一號(hào)01星”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。千乘一號(hào)衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)是目前國際首個(gè)基于3D打印點(diǎn)陣材料的整星結(jié)構(gòu)，千乘一號(hào)衛(wèi)星入軌運(yùn)行穩(wěn)定，標(biāo)志著用于航天器主承力結(jié)構(gòu)的3D打印三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟度達(dá)到九級(jí)，即實(shí)際系統(tǒng)成功完成使用任務(wù)。

千乘一號(hào)整星結(jié)構(gòu)采用面向增材制造的輕量化三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，整星結(jié)構(gòu)通過鋁合金增材制造技術(shù)一體化制備。傳統(tǒng)微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量占比為20%左右，整星頻率一般為70Hz左右。千乘一號(hào)微小衛(wèi)星的整星結(jié)構(gòu)重量占比降低至15%以內(nèi)，整星頻率提高至110Hz，整星結(jié)構(gòu)零部件數(shù)量縮減為5件，設(shè)計(jì)及制備周期縮短至1個(gè)月。整星結(jié)構(gòu)尺寸超過500mm×500mm×500mm包絡(luò)尺寸，也是目前最大的增材制造一體成形衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。

在千乘一號(hào)小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用了宏細(xì)觀一體化優(yōu)化方法等前沿技術(shù)，考慮了3D打印工藝約束與整星裝配約束，在點(diǎn)陣材料細(xì)觀構(gòu)型與連接結(jié)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。目前，已將該方法也應(yīng)用于衛(wèi)星整星結(jié)構(gòu)、相變儲(chǔ)能熱控結(jié)構(gòu)與有效載荷支架結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重30%-60%。

千乘一號(hào)小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)由航天五院總體部機(jī)械系統(tǒng)事業(yè)部負(fù)責(zé)研制。航天五院總體部機(jī)械系統(tǒng)事業(yè)部是我國航天器空間機(jī)械產(chǎn)品研制的核心部門，近年來在面向3D打印的航天器輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方面開展了大量的研究工作，突破了基于三維點(diǎn)陣材料的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

上述案例僅代表著3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的部分應(yīng)用情況，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，航天設(shè)計(jì)工程師對(duì)3D打印的認(rèn)知程度不斷加深，應(yīng)用效益得到擴(kuò)大，越來越多的應(yīng)用將會(huì)采用3D打印技術(shù)制備，在未來可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)， 3D打印技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長。

在中國航天領(lǐng)域不僅僅有國家對(duì)的航天企業(yè)，民營航天科技企業(yè)在3D打印應(yīng)用方面也非常積極，其中2019年10月，民營航天企業(yè)深藍(lán)航天對(duì)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推力室長程試車，試驗(yàn)取得圓滿成功。2019年11月30日，藍(lán)箭航天“天鵲”10噸級(jí)液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)（TQ-11）全系統(tǒng)熱試車成功。這些企業(yè)也都采用了3D打印技術(shù)用以制備火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，效果明顯，令人振奮。

3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用如火如荼，主要是3D打印技術(shù)本身自有的優(yōu)勢(shì)，具體優(yōu)勢(shì)詳情可閱讀 金屬增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 這篇文章詳細(xì)了解。

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