2019-06-28

固体火箭发动机结构简单，主要由燃烧室壳体、推进剂药柱、喷管以及点火装置组成。目前，在固体火箭发动机的研制阶段，项目周期短，实验内容复杂，方案设计复杂多变，技术状态更改频繁，这对于快速制造的响应能力要求十分苛刻，传统制造技术手段难以满足要求。增材制造技术可响应零部件快速制造需求，对提升固体火箭发动机设计与制造能力、加速新品研发，降低生产成本具有重要意义。

图1 体火箭发动机结构

国外应用研究案例：2017年初，美国火箭工艺公司RCI利用增材制造技术在生产混合火箭发动机药柱方面获美国专利。该管状药柱不仅可以作为固体燃料，还可以充当发动机燃烧室。利用增材制造技术，可以精确地制造出满足设计要求的内部几何形状独特的管状药柱，不仅可以使混合火箭发动机加速阶段的燃烧速率得到显著提高，还攻克了传统混合火箭发动机设计过程中的振动源难题。

2017年11月，美国轨道ATK公司利用增材制造技术为某款战术级固体火箭发动机制造了关键金属部件—喷管，并完成固体火箭发动机以及增材制造喷管组件在-32℃—+62℃环境温度下的系列点火试验。测试结果与设计性能参数一致，验证了增材制造金属喷管的可行性。  

2018年，澳大利亚国防科学与技术组织与企业、研究所以及高校开展了合作，拟将增材制造技术用于推进剂、火炸药等含能材料的研制和生产领域，该研究不仅有助于提高含能材料性能，还能够大幅度提高含能材料研制和生产过程中的安全性和稳定性。增材制造技术为固体火箭推进剂药柱的生产提供了新的思路与方法，促进了火箭发动机向安全可靠、制造简单、成本低廉的方向发展。

国内应用研究案例：2013年，航天科工集团六院41所利用增材制造技术制造了某型号固体火箭发动机点火装置壳体，并通过发动机地面试车考核试验验证了技术可行性与稳定性。增材制造点火装置壳体的研制成功，解决了传统工艺中结构复杂、加工成本高、研制周期长等难题。这也是我国增材制造技术首次在固体火箭发动机上成功应用。

2015年，航天科技集团四院7414厂利用增材制造技术为某型号固体火箭发动机制造了钛合金尾管壳体。材料力学性能测试表明壳体材料常温和高温力学性能与钛合金锻件水平相当，强度、硬度、塑性等性能满足锻件的指标要求，承压性能满足设计使用要求。经地面热试车考核后，未出现结构破坏的现象，性能稳定可靠。7414厂还通过增材制造技术研制出钛合金收敛段壳体，并顺利通过相关测试，成功拓展了增材制造技术在固体火箭发动机上的应用。

近年来，南京理工大学开发了含能材料增材制造挤出成型系统，并开展HMX炸药药柱增材制造成形结构和性能研究；西安交通大学则采用喷射成形方法，进行了PBX 型炸药增材制造喷射理论与仿真分析；沈阳理工大学采用喷墨成形方法开展了含能材料增材制造系统及控制技术研究。此外,兵器工业集团第204研究所、北京理工大学、中国北方化学工业集团等多家单位都提出增材制造技术在推进剂药柱制造领域的应用设想，并进行了相关实验。

来源：3D打印技术参考