與西方賽跑，中國航天器深度嘗試3D列印技術

最新 10-26

根據央視財經，未來的中國將要建設成為科技強國、質量強國、航天強國、網路強國、交通強國、數字中國，而廣大科技人員也奮力走在實現這些宏偉目標的路上。

在3D列印方面，中國的企業家、科學家大膽實踐、勇於創新，創造出了新的金屬製造方式。

圖片：中國航天科技集團五院展廳

面向增材製造

而設計

0.5公斤零件撐起400公斤重量中國航天器試水3D列印

中國航天科技集團五院的展廳，濃縮了中國空間飛行器研製的主要成果，這些航天器對於減少重量的要求，可謂是嚴苛之極，因為每增加一克的重量，就會給發射帶來很高的成本，並且會加大航天項目的複雜性，甚至直接影響到整個方案的可行性。為了減輕每一克的重量，研究人員從材料和結構上想了任何可能的辦法。

中國航天科技集團五院總體部增材製造技術項目經理張嘯雨稱，「這個就是我們目前工程上最輕的材料，叫蜂窩夾層結構，這種結構裡面全部是蜂窩，然後上下的面用的是碳纖維。這種碳纖維非常昂貴，它的一公斤差不多要比那個同等重量的黃金還要貴一些。」

減輕重量是不懈的追求。碳纖維材料，加之蜂窩狀的結構，這幾乎已經達到了減重的極限，但是工程技術人員對此還是不滿意，他們希望重量再降低一些。可是，如何才能實現新的突破呢？

在製造業中，傳統製造的方式是「減材製造」，它是利用已有的幾何模型工件，用工具將材料逐步切削、打磨、減少，最終成為所需要的零件。而3D列印則恰恰相反，它是根據一個數字三維文件，在一個完全沒有任何材料的平面上，一點點逐層列印、添加材料，最終形成一個三維整體，這就是所謂的3D列印，也被稱為「增材製造」。

目前，在我國很多飛機、船舶甚至航天器的重要零部件上，都可以見到金屬3D列印的身影。無論是飛機、船舶的發動機、零部件，還是運載火箭、空間航天飛行器、無人機等航空航天設備，金屬3D列印部件正在悄悄地取代著傳統製造的零件，並給航空航天等高端製造提供了更多的可能。航天器上很多大大小小的零件，都可以用這種結構來替代原有的較為笨重的金屬。甚至一根頭髮絲，就可以吊起來一個體積不小的衛星上的小零件。

3D列印作為一項前沿性的先進位造技術，已經成為全球新一輪科技革命和產業革命的重要推動力。然而，多數的設備和工藝尚不成熟，還無法批量打出穩定、耐用、高性能的工業品來，處在「模型製造」和實驗階段。但是這種情況正在發生變化，我國的金屬3D列印正在不斷地向尖端製造靠攏。

在鑫精合的廠房裡，一個大型的鈦合金航天器零件在製造中。與小型的精密的金屬3D印表機的技術不同，大型的印表機採取了另一種不同的技術方式——同軸送粉工藝。而中國在這項技術上已經走在了世界的先列。目前，能用3D列印技術製造出達到鍛造水平的金屬部件的國家，只有德國、美國、中國等少數幾個。而鑫精合批量製造大型鈦金屬結構件的能力已經在國際領先。

這種激光「列印」金屬粉末的工藝，使得金屬材料冷卻凝固速度極快，組織細小，力學性能優異，也具備了像鍛件一樣的高強度。

直徑4米的航天器部件拆分成6個2米左右的大零件，3D列印並加工後，再進行整體焊接。在過去，這樣巨大的金屬件從開模具到鍛造，再到機械加工，是個非常浩大的工程，通常需要一年時間才能完成，而用3D列印的方式，僅需要3-6個月。

根據張嘯雨：「可能我們最快的在明年，或者是後年都會有發射的型號來去做這樣的一個嘗試。我們大概現在有60件到100件的產品已經是在完成了製造，而且已經開始裝星，已經開始做整星級的力學實驗。」

3D科學谷REVIEW

中國航天科技集團公司第五研究院總體部（北京空間飛行器總體設計部/501部）成立於1968年8月16日，是我國總體領域最多、專業技術最齊備的空間飛行器研製核心總體單位。

四十餘年來，總體部承擔並完成了月球探測衛星、載人飛船、傳輸遙感衛星、導航衛星、通信廣播衛星、返回式衛星等各類航天器型號的技術抓總及相關分系統與產品研製任務，其中包括我國第一顆人造地球衛星"東方紅一號"、第一艘載人飛船"神舟五號"、第一顆月球探測衛星"嫦娥一號"、第一個月面軟著陸與巡視勘察探測器"嫦娥三號"，以及第一顆返回式衛星、地球同步軌道衛星、傳輸遙感衛星、導航衛星等。截至2015年3月，總體部共抓總研製並成功發射了100餘個航天器，為鑄就我國航天事業發展的"里程碑"做出了突出貢獻。

機械系統事業部的業務領域主要包含空間結構、空間機構、智能機器人以及分析與試驗幾大方向，形成了一系列航天器用核心產品，衛星主結構、太陽翼等典型產品達到國際一流水平，結構與機構設計、分析與驗證等技術處於國內領先水平，並具有很強的轉化能力。

中國航天科技集團五院總體部在3D列印方面已經擁有多年的經驗，並且形成了面向增材製造技術的設計方法，結合設計及製備技術的特點，進行全新的針對設計。