在商业航天快速发展的背景下,运载火箭与动力系统迭代频率提升、成本压力上升,如何在保证可靠性的前提下缩短研制周期、提升制造效率,成为产业链普遍面临的现实课题。
传统切削、铸造等工艺对复杂内腔、异形流道结构的加工存在天然限制,关键部件往往需要拆分为多个零件分别加工后再装配,不仅流程冗长,还可能引入装配应力、尺寸偏差等风险,影响一致性与交付节奏。
济南的一家老牌钢铁企业正在以增材制造方式给出新的解题路径。
在济钢集团增材制造产线,采用“数字化建模—逐层累加成形”的工艺路线,高温合金粉末在激光选区熔化等工艺作用下实现微米级精度成形,复杂腔体与内部流道可一体制造,减少对专用模具与多次装配的依赖。
企业方面介绍,增材制造已用于火箭发动机喷管、推力室、燃烧室等核心动力部件的批量生产,制造流程显著简化,试制与交付周期明显压缩。
以推力室等部件为例,传统工艺从生产到交付往往需要较长周期,而增材制造可在较短时间内完成,能够更快响应型号迭代与定制化需求。
技术突破背后,是需求牵引与能力积累的叠加效应。
一方面,商业航天市场对“快研制、快迭代、可控成本”的要求日益突出,倒逼制造端改变过去以单件、小批试制为主的节奏,形成稳定的工程化能力;另一方面,济钢长期深耕金属材料研发、冶炼与机械加工,为航天级粉末材料应用、热处理与后加工工艺的匹配奠定了基础。
企业通过与国内商业火箭设计单位、航天科研院所协同,明确航天级零部件对强度、耐高温、疲劳寿命等指标的要求,同时与设备企业合作引入关键装备、组建专项团队攻关工艺窗口与质量一致性控制,推动增材制造从“能打印”向“可批产、可验证、可交付”跨越。
这种制造方式带来的影响,体现在效率、质量与成本的综合改善上。
效率方面,一体化成形减少工序与装配环节,研制周期压缩有利于火箭企业加快试验验证、提升发射任务组织效率。
质量方面,尺寸精度与表面粗糙度等指标在工艺优化后具备稳定性,通过全流程质量控制,缺陷率可控制在较低水平,减少返工与重复试验。
成本方面,高温合金等贵重材料的利用率提高,综合成本下降,为商业航天“降本增效”提供了制造端支撑。
更重要的是,当关键部件制造能力在产业链内形成可持续供给,将推动供应链从单点依赖转向多点支撑,增强我国商业航天产业链的韧性与自主可控水平。
为把技术优势转化为产业优势,企业与地方正同步推进配套对策。
一是完善全流程体系建设,从原材料检验、工艺设计、打印成形、热处理与机加工、无损检测到终检交付,形成闭环管理,确保批量化的一致性与可追溯性。
二是推动能力扩展与装备升级,在现有设备可覆盖一定幅面产品的基础上,引进更大幅面设备,布局大型结构件制造,探索将增材制造从发动机高温部件延伸至贮箱等更大尺寸的关键部件,形成“精密小件+大型部件”互补的制造能力。
三是强化人才供给,针对“既懂航天材料、又懂增材工艺、还懂机械加工”的复合型人才稀缺问题,企业采取外部引进与内部培养并重:对外面向高校与产业人才精准招引,对内从传统冶炼与加工岗位选拔骨干,开展专项培训与师徒传承,促使传统制造经验与新工艺融合,逐步形成梯队化技术队伍。
从前景看,商业航天正在从“单点突破”走向“系统竞争”,制造能力将成为决定成本曲线与交付能力的重要变量。
增材制造在航天领域的价值,不仅在于缩短周期、降低成本,更在于为复杂结构设计打开空间,推动“设计—制造—验证”一体化迭代。
随着设备大型化、工艺标准化与检测手段完善,航天级增材制造有望在更多结构件与功能件上实现工程化应用,带动材料、装备、检测与软件等上下游协同升级。
济南在相关企业带动与政策支持下,若能持续聚合创新资源、完善产业生态,将有望在北方地区形成更具辨识度的空天产业集群竞争力。
济钢集团的成功实践表明,传统产业的转型升级并非简单的技术引进,而是需要通过产学研用的深度协同、完整产业链的自主构建、以及人才队伍的科学培养来实现。
这一突破不仅拓宽了企业发展的新赛道,更重要的是提升了我国商业航天产业链的自主可控水平,为国家航天事业的可持续发展提供了坚实的产业基础。
随着更大幅面设备的引进和应用范围的扩展,济南的增材制造产业有望进一步集聚优势资源,在国家商业航天产业格局中发挥越来越重要的作用。