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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(nèi)壁試驗件的增材制造。該產(chǎn)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(chǎn)品，其成功研制也標志著該公司成為國內(nèi)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(nèi)增材制造技術領域的空白，將助力發(fā)動機生產(chǎn)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(gòu)件。推力室身部結(jié)構(gòu)生產(chǎn)涉及的工序繁雜，以往制造周期至少為6個月，且生產(chǎn)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(diào)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(jié)構(gòu)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(nèi)增材制造行業(yè)內(nèi)暫無成熟的專用設備，實現(xiàn)超大尺寸銅合金產(chǎn)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(nèi)少有的紅外激光銅合金產(chǎn)品的專屬增材制造設備。在專屬設備的加持下，銅合金產(chǎn)品的增材制造之路就此起航。

然而，在產(chǎn)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(zhì)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(jié)構(gòu)燃燒室的精密光整。

經(jīng)過3年的不懈努力，研發(fā)團隊先后完成了銅合金粉末質(zhì)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)周期縮短至驚人的15~20天，成本較傳統(tǒng)生產(chǎn)模式明顯降低。