2015年5月6日,中國航天科工六院傳來喜訊,該院41所將3D打印技術應用于某型號固體火箭發(fā)動機點火裝置,地面測試獲得一次成功,這是我國首次將3D打印技術應用于固體火箭發(fā)動機研制領域。該發(fā)動機點火裝置上的3D打印部分——殼體,正是由華曙高科為航天科工六院“量身打造”的。
原來,航天科工六院曾采用傳統(tǒng)制造工藝制作殼體,但因其在設計和加工方面要求很高,又因航天發(fā)動機在預研階段設計方案反復多變,各形態(tài)殼體非批量生產(chǎn),所以生產(chǎn)成本很高。更關鍵的是,采用傳統(tǒng)材質制造的殼體無法滿足火箭點火時的技術需求。六院41所點火技術研究室的科研人員想到了3D打印技術。他們曾選擇美國某3D打印公司,但將該公司制造的試樣殼體用于試驗時,點火噴射過程尚未結束,殼體自身已被炸得粉碎。研發(fā)一度陷入困境。
2013年11月,華曙高科專家應邀至航天科工集團講座。該集團第六研究院的研究人員詢問他們是否能夠制作發(fā)動機點火裝置的殼體。陳勃生回答:“我們可以按照要求盡力嘗試,做出成品后,你們再試驗看行不行。雖然口頭說的是“盡力嘗試”,但陳勃生心里是有底氣的,因為華曙高科所采用的3D打印工藝——選區(qū)激光粉末燒結(PLS),其產(chǎn)品特性本身就特別符合殼體的要求。
陳勃生介紹,3D打印一共有7種主要技術,航天科工六院先前聯(lián)系的那家美國公司采用的是熔融沉積制造(FDM),受困于工藝限制,打印出來的物體在水平方向的承載能力較強,而垂直方向的承載能力較弱,所以殼體在點火裝置開始運作的瞬間,就沿垂直方向被炸碎。PLS技術則是將物體分為多層,逐層鋪設材料粉末,通過激光掃描將粉末熔融,再冷卻固化成形。陳勃生特別指出,激光每掃描一次,都會穿透已經(jīng)制造成形的多層,這樣就使每一層材質都經(jīng)過了多次燒結,層與層之間的連接相對于FDM技術制造的物體就更為堅固。公司現(xiàn)有十種高分子材料,我們按照六院給出的設計圖,每種材料分別做了十幾種不同形狀、結構的殼體?!标惒f,“每做一次試驗,研究人員都會根據(jù)試驗結果對產(chǎn)品的材料、形狀等提出新的要求,公司再根據(jù)要求做相應的改進,制造出新的試樣。”
一年多時間里,華曙高科總共制造了上百個3D打印試樣殼體提供給航天科工六院,該院進行了多次單項點火試驗來考核殼體性能,為殼體在發(fā)動機試車中的成功應用打下堅實基礎,最終才有了地面試車的一次性成功。