3D打印又立功了！我国成功在太空制备零部件 航天器维护有望减少对地依赖

《科创板日报》1月23日讯 近日，中科宇航力鸿一号遥一飞行器搭载的微重力金属增材制造科学实验载荷，正式交付中国科学院力学研究所。

据悉，该载荷由力学所自主研制，1月12日已在太空完成金属增材制造实验。在任务过程中，团队完成了3D打印的物料稳定输运与成形、全流程闭环调控、载荷-火箭高可靠协同等技术验证，并成功取得太空增材制造金属件的成形精度与力学性能等参数。

据中科宇航披露，此次任务是我国首次基于火箭平台实施的太空金属增材制造返回式科学实验，标志着我国在太空微重力环境下利用3D打印技术成功制备出金属零部件。

载荷研制团队负责人姜恒研究员表示，掌握太空金属3D打印技术，能显著提升航天器在轨维护与扩展的自主性，降低对地面补给的依赖，还可突破传统火箭发射的尺寸与产能限制，推动航天器从“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”转变，助力太空任务实现从“依赖地球”到“地外自持”。

3D打印又称增材制造、积层制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。相比传统加工方式，其通过省去模具或工装需求可大幅降低初始成本。经过多年发展，3D打印目前已包含粉末床熔融、定向能量沉积、材料挤出成形等技术路线，加工材料从高分子到金属覆盖面持续加大。

在商业航天领域，3D打印技术应用已逐步成熟。此前马斯克宣称Space X掌握了全球最先进的金属3D打印技术，从而使猛禽3在设计上实现重大飞跃，实现了推力280吨、比冲350秒的显著增强，其自重仅为1525千克。

在国内，蓝箭航天的“天鹊”系列火箭发动机在加工工艺上使用3D打印技术，实现了40%至110%的调节推力调节范围。此外，深蓝航天的“星云一号”、天兵科技的“天龙二号”、星河动力的“智神星二号”，其发动机制造也均已有3D打印技术应用。据深蓝航天披露。其发动机推力室85%以上零部件系采用3D打印技术。

当前，机构大多看好3D打印成为商业航天最终加工解决方案。国金证券认为，3D打印将产品理念转变为“设计引导制造”，可实现功能集成、零部件数量大幅下降、结构优化，带来轻量化等传统工艺不可比拟的优势，尤其是在对尺寸、重量非常敏感的航天领域优势更加突出。

方正证券表示，使用3D打印之后，火箭发动机等复杂部件的成本可以降低1/5-1/3，这是由材料利用率提升、设计优化、流程缩短、零部件集成等多因素组合达成的结果，但是由于各向异性、材料、生产效率等方面技术瓶颈，3D打印仍需在部分技术领域攻关。

具体到商业航天各个环节，上述机构预测，全球3D打印火箭市场到2032年收入将达到约29亿美元。而推力室是火箭发动机中最复杂、制造难度最大、制造周期最长的部件，国内相比NASA已经形成包含多种技术路线+材料的标准化体系来说还尚显不足，后续国内火箭3D打印对标NASA、SpaceX渗透率还有较大提升空间。

卫星3D打印方面，小卫星作为一箭多星发射的最佳载体正快速发展，3D打印通过其拓扑结构优化、功能优先设计完美适配卫星减重和功能集成需求。后续在卫星主结构设计优化、支撑散热功能集成、支架减重、连接点轻量化、推力器减重、天线减重等领域均有较大应用空间，成长前景优异。