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中国重大技术突破:3D打印融入火箭发动机

2015-09-22 10:27
汉水狂客
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  3D打印已经在工业领域广泛应用,甚至已经成为一个国家前沿工业技术水平的标志。欧美发达国家已经将一些3D打印的发动机部件用于航空发动机的测试之中。4月20日,中国航天科工集团第六研究院发布消息,称该院41所应用3D打印技术研制的某型号固体火箭发动机点火装置成功通过发动机地面试车考核,这标志着我国首次成功将3D打印技术应用于固体火箭发动机研制领域。该发动机点火装置上的3D打印部分——壳体,是由湖南华曙高科技有限责任公司(以下简称华曙高科)为航天科工六院“量身打造”。

  火箭发动研发遭遇瓶颈

  火箭发动机点火装置壳体为空心球形物体,外径约12厘米,球的壁面上上分布着数十个形状各异孔洞。虽然乍一看貌不起眼,但用传统工艺制作在实践中却遭遇瓶颈。

  原来在发动机点火前,球壁上的孔洞是呈封闭状的,火药置于球中。点火时,火焰将在极短的时间内按孔洞的导向方向喷向发动机上的相应位置,将发动机点燃。随后,该壳体自身又在极短的时间内化为灰烬。

  航天科工六院曾采用传统制造工艺制作壳体,但因其结构复杂、还必须满足发动机点火过程的一系列技术条件,故在设计和加工方面的要求都很高;同时,航天发动机在预研阶段设计方案反复多变,各形态壳体非批量生产,所以生产成本也很高。更关键的是他们使用的传统材质壳体在完成点火喷射后,很难在指定时间内燃尽。

  考虑到研制壳体对快速制造响应能力的高要求,六院41所点火技术研究室的科研人员想到了3D打印技术,并曾采用了美国某3D打印机公司设备制造的壳体产品,但实际试验时,点火喷射过程尚未结束,壳体自身已被炸得粉碎。原因是美国公司采用的是熔融沉积制造(FDM),具体是将丝状热塑性材料在喷头内被加热熔化,再像挤牙膏一样,横向、纵向、斜向地挤到每一层平面上,挤出的材料迅速凝固,并与周围的材料凝结成型。一个平面、一个平面叠加,最后形成完整的三维物体。所以打印出来的物体在水平方向的承载能力较强,而垂直方向的承载能力较弱。经力学性能检测,该公司提供的壳体在垂直面的抵抗破坏的能力尚不及水平面的三分之一,所以在点火装置开始运作的瞬间,就沿垂直方向被炸碎。

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