科技赋能向新提质 | 中瑞科技金属3D打印火箭发动机尾喷管赋能航空航天新质生产力

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Jun 20, 2024

随着航天技术的飞速发展，对火箭发动机的性能要求越来越高。先进的制造技术成为提升火箭发动机性能的关键因素之一。SLM金属3D打印作为一种极具发展前景的增材制造技术，因其具有设计自由度高、轻量化减重、材料利用率高、生产成本低、形性一体化、能够制造复杂内部结构等独特的优势而在航空航天领域得到广泛应用，并为其带来了革新性影响。

发动机是火箭的核心部件，火箭发动机尾喷管作为发动机中最关键的部件之一，负责将燃烧产生的高温高压气体转换为推力，需要承受高温、高压和高速气流的冲击，其结构复杂、精密，使用环境苛刻，对结构和材料性能要求极其严苛。因此，尾喷管需要具备极高的耐高温性能、良好的热膨胀系数和足够的机械强度。同时，为了提高发动机的效率，尾喷管往往设计有复杂的冷却通道和轻量化结构。

传统的火箭发动机尾喷管制造工艺通常需要经过多个工序，如锻造、机加工、焊接等，成本高、制造周期较长。通过SLM金属3D打印技术，可以实现其传统方法难以完成的复杂设计和一体化成形，使设计、试验到生产周期大幅缩短，大大降低生产成本。

以某型号火箭发动机尾喷管为例（非涉密数据），该结构直径约510mm，高度约800mm，结构复杂，成形要求较高。中瑞科技技术团队在兼顾产品质量和生产效率的前提下，采用面向航空航天批量生产的高效增材制造系统iSLM600QN进行制造，并通过优化设计，实现了更加复杂的内部冷却通道和内部轻量化减重结构，大大提高了尾喷管的冷却效率和性能。同时，通过使用具有良好高温性能和机械强度的IN718高温合金材料，确保了尾喷管在极端环境下的耐久性。

中瑞科技大尺寸四激光金属3D打印设备iSLM600QN，采用自研的多激光扫描策略和校准算法，可精确稳定地控制规划多激光扫描路径，保证效率的同时实现动态搭接，确保全幅面下打印部件性能一致；并通过对相关参数进行精确控制和优化，以及对成形舱的风场进行创新优化设计，有效保证火箭发动机尾喷管的致密度和表面质量。