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近日，首都航天機械有限公司在火箭發(fā)動機金屬3D打印制造方面取得重要進展，成功實現(xiàn)某型發(fā)動機推力室身部內壁試驗件的增材制造。該產品直徑達600毫米量級，高度達850毫米量級，是大尺寸增材制造銅合金身部產品，其成功研制也標志著該公司成為國內首家全面掌握大尺寸鉻鋯銅合金激光選區(qū)熔化增材制造技術的單位。該項技術的突破填補了國內增材制造技術領域的空白，將助力發(fā)動機生產技術的創(chuàng)新發(fā)展。

推力室是為火箭發(fā)動機提供強勁推動力的核心組件，是典型復雜精密構件。推力室身部結構生產涉及的工序繁雜，以往制造周期至少為6個月，且生產成本較高。為適應高強密度發(fā)射的新形勢，逐步實現(xiàn)提質降本增效，增強競爭優(yōu)勢，推力室身部的增材制造技術攻關被提上日程，激光選區(qū)熔化技術成型精度高，是復雜結構推力室身部增材制造的“不二之選”。

從2020年起，在前期近7年的技術經驗積累下，首都航天機械有限公司增材團隊針對某型發(fā)動機，開展鉻鋯銅合金推力室身部零件技術調研與方案制訂等工作，并深入開展工藝攻關，逐步形成了整體結構優(yōu)化設計的新思路，為日后的技術突破奠定了基礎。鉻鋯銅合金材料制備推力室身部具有顯著優(yōu)勢，但這種材料對激光反射率高，熱傳導快，激光選區(qū)熔化成型難度大，國內增材制造行業(yè)內暫無成熟的專用設備，實現(xiàn)超大尺寸銅合金產品的高效增材制造難度極大。

“設備是我們實現(xiàn)從‘0’到‘1’突破的基礎，是需要我們首先去跨越的‘關卡’。”該公司研發(fā)團隊成員陳帥表示。對此，研發(fā)團隊針對銅合金增材制造的特點，充分研究激光功率等不同的工藝參數(shù)對成型規(guī)律的影響，并依據(jù)試驗數(shù)據(jù)，首次提出了專用設備的集成方案，聯(lián)合設備廠家首次研制出了行業(yè)內少有的紅外激光銅合金產品的專屬增材制造設備。在專屬設備的加持下，銅合金產品的增材制造之路就此起航。

然而，在產品制造的過程中，研發(fā)團隊遇到了新的問題：冷卻通道粗糙度高，常規(guī)的表面光整技術無法實現(xiàn)冷卻通道的光整。對此，團隊成員開始積極探索更合適的光整技術，以提升零件表面質量。在開展數(shù)次組合工藝試驗后，團隊最終實現(xiàn)了復雜窄流道結構燃燒室的精密光整。

經過3年的不懈努力，研發(fā)團隊先后完成了銅合金粉末質量控制、銅合金激光選區(qū)成型工藝優(yōu)化等一整套技術研究，在國內率先實現(xiàn)了鉻鋯銅合金激光選區(qū)熔化增材制造的技術突破。采用該技術制造的產品，性能較設計指標提高50%以上，成型零件尺寸精度大幅提升，且生產周期縮短至驚人的15~20天，成本較傳統(tǒng)生產模式明顯降低。