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3D打印在商业航天的发展现状与未来展望PG娱乐发布日期:2026-01-09 13:56:39 浏览次数:

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3D打印在商业航天的发展现状与未来展望PG娱乐

  ·企业采用率:国内商业航天企业在发动机领域对3D打印依赖程度高,几乎所有企业均采用该工艺;传统工艺无法满足需求,一是难以找到合格供应商,即使设计出发动机也无法生产;3D打印机厂家众多且价格已下降较多;发动机领域3D打印渗透率约90%,多数企业会考虑用3D打印制造液体火箭发动机

  ·头部企业案例:以蓝箭航天为例,其最新的朱雀3号所配天鹊发动机,60%-70%的部件采用3D打印;国内头部3D打印企业如西安铂力特、杭州一加三维均深度参与,为蓝箭航天提供发动机打印服务

  发动机核心应用部件:3D打印在液体火箭发动机的核心应用部件包括燃烧室、喷注器、喷管(推力室相关组件)、涡轮泵、阀门等关键组件。这些部件因需在高温高压的恶劣工况下工作,传统加工工艺(如高端焊接、机加工)存在较大限制,而3D打印技术适配这种工况需求。

  3D打印的技术优势:3D打印相对于传统工艺有显著优势:a. 传统发动机生产需高端焊接、机加工工艺,对高端工匠依赖高且生产周期长,3D打印只需将三维复模设计好即可一次打印,对人员要求更低;b. 3D打印可一体成型,减少传统装配中因密封带来的泄漏风险(发动机运行中泄漏可能导致重大安全事故),可靠性更高;c. 3D打印生产周期更快,材料利用率也更高。

  发动机中3D打印的价值量:以某款发动机为例,其整体价格约七八百万,3D打印的主要零件价值约200多万,约占发动机价值量的一半左右。

  设备规格要求:发动机3D打印主流设备需至少具备850×850×1.5米的缸体尺寸;设备价值量较高,市场价格在600万以上,一线品牌价格更为坚挺,约六七百万以上。

  工艺周期:3D打印发动机零部件生产周期较短,以一米以上喷管为例,仅打印时间需20天以上;加上前期准备、线切割等后处理工序,总周期约1.5-2个月(行业内默认约两个月);而传统液体火箭发动机生产周期需半年以上。

  主流工艺:发动机3D打印主流工艺为SLM工艺,具有渐进成型特点,打印产品表面质量较好,仅需对装配面、焊接面或对接面进行传统机加工后即可使用,其他面基本可直接投入使用。

  主要材料类型:航天发动机用3D打印材料主要包括高温合金、不锈钢、铜合金三种。传统火箭发动机大量使用高温合金,其可长期在500度、600度、700度高温下使用;部分冷却流道或冷却系统设计较好的厂家会采用不锈钢进行3D打印,例如天冰科技就用不锈钢打印发动机;铜合金则主要应用于小型、小推力发动机,是近两年慢慢火起来的材料类型。

  材料特性要求:各材料需匹配航天发动机的工况特性,高温合金需具备耐500-700度高温的特性;铜合金因反射率高、对激光吸收差,以前不太适合3D打印,近年来随着特殊激光器的发明,其打印技术得以突破,逐渐应用于小推力发动机场景。

  发动机价值量占比:火箭最值钱的两个部分是发动机和储箱,其中发动机占火箭整体价值约一半。以国内中小型火箭为例,一级需9台发动机、二级需1台,共10台左右;若单台发动机价格为一七八百万,则发动机总价格约七八千万;其中3D打印部件占发动机价值约一半,对应价值量约3500-4000万。储箱是火箭第二值钱的部件,因尺寸大、加工麻烦,价格占比大。

  整体成本分析:针对市场担心“量产后代替3D打印”的问题,回应称火箭发动机定型后工艺不会轻易改变,不会回归传统机加工。国外案例中,马斯克的猛禽3号发动机通过3D打印一体化制造,计划将成本降至15万美金,实现批量化生产;国内虽距此有差距,但正朝该目标发展。

  合作模式:航天企业与3D打印服务商的合作以外协为主,部分企业如深蓝航天自主组建3D打印团队,因外协成本高,自主研发可降低成本;2026年有四五个商业航天公司计划上市,融到资金后大概率会自主开展3D打印业务。

  竞争格局:国内主要3D打印服务商包括铂力特、河北金燕、新津河、菲尔康等;服务商竞争重点在于成功案例与服务能力,例如河北敬业为蓝箭航天制造的火箭发射成功后,更容易获得其他企业信任;规模大、团队稳定的企业更受青睐,可避免因团队变动影响项目交付。

  进入门槛:新进入者需购置设备、组建成熟团队,且需具备成功案例;航天企业与头部供应商通过联合研发形成深度绑定(类似苹果与富士康模式),合作粘性强,新进入者难度较大。

  与铸造工艺对比:3D打印与铸造工艺致密度存在差异,3D打印致密度达99.9%,铸造致密度基本为98%-99%(已属质量较好铸件);铸造工艺有局限性,不适合制作薄壁复杂件(如发动机喷管内细小密集流道结构),且需模具

  与其他工艺对比:a. 锻造工艺致密度为99.999%,3D打印致密度接近锻件;b. 铸造模具(砂模、陶瓷型芯、陶瓷砂型)可用3D打印制作,该技术已成熟

  A: 商业航天现阶段以液体火箭发动机业务为主,液冷发动机因结构特点适合3D打印技术;随着金属3D打印机国产化推进、设备稳定性提升及成型尺寸增大,对液体火箭发动机研发生产起到重要作用。国外以Space X、蓝色起源等为代表的可回收火箭技术已较成熟,国内商业航天需求旺盛。国内3D打印技术发展较好,已参与中科宇航、天明科技、天辉航天等商业航天公司的发动机生产工艺工作,当前单机蓝印主要应用于发动机生产。

  Q: 发动机主要采用3D打印技术,为何首先在山东的发动机上应用,其技术优势及价值量情况如何?

  A: 火箭发动机分为固体和液体两类,3D打印主要应用于液体火箭发动机。液体火箭发动机需承受高温高压工况,其关键零件如推力室、涡轮泵、高端阀门等,传统工艺存在冷却流道加工困难、对工人技能要求高、生产周期长、涡轮泵制造工艺复杂等问题,且传统装配易因密封问题引发泄漏风险。3D打印技术可实现零件一体成型,无需复杂装配,解决了传统工艺痛点,具备生产周期短、材料利用率高、成本低、可靠性强等优势。目前3D打印主要用于发动机关键零部件生产,价值量体现在提升生产效率、降造成本及提高发动机可靠性上。

  Q: 以发动机为例,3D打印零件占发动机价值量的比例及具体价值量级是多少?

  A: 某款价格约七八百万的发动机,其3D打印主要零件价值约200-300万,占比近一半。

  Q: 发动机价值量中3D打印可覆盖的比例约为一半,该比例未来是否有提升空间?

  A: 随着3D打印工艺验证愈发充分,大量传统工艺零件将被3D打印替代是趋势,例如国外最先进的X发动机,其80%-90%的零件采用3D打印一体成型,且成本较低。

  Q: 用3D打印是否意味着设计端仅需考虑设计、生产端可通过3D打印实现,且相比传统方式具有成本更低、集成度更高及产品性能更好的优势?

  A: 是的,3D打印工艺验证充分后会替代大量传统工艺零件,国外某先进发动机已使用70%-90%的3D打印一体成型零件且成本较低;同时3D打印可使设计端仅需考虑设计,生产端通过3D打印实现,相比传统方式成本更低、集成度更高,能提升产品性能。

  Q: 除发动机领域外,现阶段3D打印技术有哪些应用场景,及其他方向的应用可能性如何?

  A: 除发动机外,3D打印可应用于火箭领域:火箭储箱可用电弧3D打印工艺制造;美国相对论公司的火箭箭体、保护载荷的整流罩均采用3D打印技术,且该公司火箭已发射成功。国内现阶段火箭箭体仍采用传统工艺,未来或有厂家借鉴3D打印技术用于火箭箭体等结构。

  Q: 储箱现阶段采用的工艺是什么?3D打印工艺用于储箱的可行性及优势有哪些?其是否会成为国内外储箱制造的趋势?

  A: 目前储箱采用3D打印工艺的仅有美国Gartner公司,其他厂商主要采用传统工艺,包括不锈钢焊接、铝合金传统加工制造、冷加工/冷拔及类似吹气球原理的工艺等;此外,碳纤维复合材料因质轻、强度高也被用于储箱制造,但成本较高。

  A: 国内商业航天企业制造火箭发动机时对3D打印依赖度高,几乎无企业不用该工艺;因传统工艺缺乏合格供应商,且3D打印机厂家增多、价格下降,约90%的商业航天企业会采用3D打印技术制造液体火箭发动机。

  A: 蓝箭航天最新的朱雀3号搭载的天鹊发动机中,60%-70%的零件采用3D打印工艺生产,国内头部3D打印企业如西安铂力特、杭州一加三维等均深度参与其3D打印业务。

  A: 现阶段主流发动机零部件3D打印至少需要850×850×1500mm的设备。

  Q: 主流发动机所用的850×850×1米5规格设备的价值量是否处于大几百万接近1000万级别?

  A: 该类设备对应850型号,市场价格在600万以上;部分厂家价格较低,一线品牌价格更坚挺,约六七百万以上。

  A: 发动机喷管等零部件多为一体制造,1米以上高度的喷管打印时间在20天左右及以上,主要因尺寸较大。

  Q: 发动机喷管3D打印从前期准备、打印到后处理的总周期是否需要三四十天?

  A: 包括打印及后处理工序在内,发动机喷管的总生产周期一般为一个半月到两个月,行业内默认约两个月;相比此前液体火箭发动机半年以上的生产周期,3D打印速度已较快。

  A: 目前发动机制造主流工艺仍为SLM工艺,该工艺类似于近净成型,打印后表面质量较好,仅需对装配面、焊接面或对接面进行传统机加工即可投入使用,其他面基本无需加工可直接使用。

  A: 传统火箭发动机大量使用高温合金,可长期在500-700度高温高压环境下保持性能不失效;冷却流道或冷却系统设计较好的厂家采用不锈钢进行3D打印;铜合金因导热性好用于小型、小推力发动机,此前因材料反射率高、激光吸收差不适合3D打印,近年随着特殊激光器的发明,其应用逐渐成为市场趋势。火箭发动机主要使用高温合金、不锈钢、铜合金三种材料。

  Q: 火箭一级与二级推力发动机的总数量大概是多少?当前发动机价值量约七八百万/台,未来随着推力增大价值量会如何变化?

  A: 以天明科技的中小型火箭为例,一级推力发动机约9台,二级约1台,总数量约10台;极端案例如马斯克的星舰,一级配备33台发动机,二级配备6台。价值量方面,若未来需求量或订单增多,市场行为下成本理论上会摊薄,而非随推力增大单纯增加。

  Q: 按照每台发动机一七八百万元、国内目前10台发动机的配比,总发动机价格是否约七八千万元?若3D打印占比一半,是否对应3500~4000万元?

  A: 上述理解成立。价格由市场衡定,若需求量或订单量增加,理论上成本会摊薄。

  Q: 商业火箭未完全定型时发动机制造需用3D打印,市场认为定型量产后无需使用3D打印,发动机定型后是否仍需使用3D打印或回归传统机加工?

  A: 火箭发动机工艺一旦定型不会轻易改变,不会回归传统机加工。火箭发动机对工艺严谨性要求极高,定型后工艺难以调整,且调整后无法生产。

  A: 快速迭代火箭回收技术需以大批量3D打印为支撑,通过批量生产实现技术快速验证。发动机回收次数与技术可靠性、设计及运营密切相关,目前无明确定论;参考SpaceX案例,其火箭回收约30次后报废。国内若实现10-20次回收,相比一次性使用仍能显著降低火箭发射成本。

  A: 主流供应商包括铂力特、河北金燕、新津河、无锡菲尔康,均为大型3D打印服务公司;南方还有很多小厂,但具体情况不熟悉,上述为已知的主要供应商。

  Q: 新进入者若想进入商业航天领域需具备什么认证?购买铂力特华数设备后获取蓝建项目的周期需要多久?

  A: 3D打印服务门槛不高,购买设备后只要具备正常体系认证即可接活,因属商业行为,无装备制造类门槛;关于购买铂力特华数设备后获取蓝建项目的周期,暂未提及。

  Q: 进入蓝建供应链需要送样、验证周期吗?还是仅需满足国家指标要求即可?

  A: 对于蓝建这类大型航天航空企业而言,通常会拓展多个3D打印火箭业务的供应商;承接其业务的核心是拥有优质打印机及成熟团队以产出合格产品,但还需考虑客户是否有扩大供方的意愿等商务因素。

  Q: 国产发动机目前同推力产品单价约七八百万元,成熟后价格可能降至多少?

  A: 价格与产量相关,产量不同价格不同;3D打印行业竞争激烈,打印机价格持续下降,而3D打印主要成本在设备,叠加原材料价格已较低,未来每年可能降价10%。

  A: 会出现爆发式需求。以近期了解的几家拟上市头部企业为例,其为降低成本,正考虑组建3D打印团队并采购3D打印机自主开展业务。

  A: 外协模式因中间环节利润分配导致成本较高,自行组建3D打印团队可显著降低成本。

  Q: 企业上市融资后自主开展相关业务是否顺理成章,是否因该业务成本占比高且与核心工艺直接挂钩?

  A: 典型案例为总部位于北京的深蓝航天,其自主开展3D打印发动机及火箭制造业务。

  Q: 项目招标是否因防止泄密而同时邀请多家参与?一次招标的入围数量及最终中标数量通常是多少?

  Q: 行业无特别大门槛但头部企业仅北京建业、菲尔康等少数几家的原因是什么?

  A: 并非行业无门槛,而是3D打印行业本身刚起步,从事该领域的人员较少,叠加商业航天行业也处于刚起步阶段,导致行业内企业数量有限。

  Q: 3D打印行业门槛不高的情况下,商业航天领域的图纸来源、材料配比及体系确定责任、生产环节责任分别是什么?

  A: 商业航天领域中,3D打印生产商业航天零件时,商业航天公司只需提供数模和图纸,原材料及参数由3D打印厂家匹配,工艺路线D打印服务公司安排。

  A: 航天领域3D打印门槛高、难度大,尤其是火箭回收等环节难度极高,美国经多次试验失败后才成功,中国需经历类似过程,但国内多家企业参与,产业效应强,最终将实现突破;此外,3D打印降低了火箭生产门槛,但火箭设计、运营等环节门槛仍较高,非一般主体能够掌握。

  Q: 航天系及民营航天中,除铂力特、北京金业外还有哪些3D打印表现较好的厂家?这些厂家的份额是否相对固定及如何竞争?

  A: 商业航天领域中,申请上市的公司相对更靠谱,因上市有营收等要求;有一次性火箭发射成功案例的厂家更受认可,例如河北敬业为蓝箭航天制造的火箭发射成功,这类企业易获得信任;规模较大的企业更靠谱,因其制度及运营团队更稳定,避免因团队解散或人员变动影响项目推进。

  Q: 航空级3D打印领域中,华鲁恒升、高科、铂力特等主要设备供应商之间的差异是否显著?还有哪些表现较好的设备供应商?设备选择需关注哪些要点?

  A: 华鲁恒升、高科、铂力特等头部设备供应商之间差异不显著,无一家技术显著领先;仅美国一家公司在技术上有显著优势,其3D打印机可实现无支撑打印。传统3D打印受工艺约束,零件需支撑才能成型,该公司技术突破此限制,对火箭设计而言,可降低设计门槛,直接依据仿真优化结果进行零件设计与打印,虽有优势但并非最优解。

  A: 火箭发动机部分零件可以采用铸造工艺制造,例如涡轮泵的蜗壳、泵壳,此类零件形状相对简单;发动机喷管因内部有细小密集流道,铸造工艺不适用薄壁零件,故无法采用。铸造件的致密度通常为98%-99%,3D打印件致密度可达99.9%,铸造件致密度远低于3D打印件。

  Q: 飞机发动机及燃气轮机的大型叶片采用铸件,薄壁结构无法用3D打印工艺实现,除3D打印外是否有其他技术路线可选?

  A: 对于部分零件,3D打印并非成本、性能及批量化制造的最优解;铸造在成本上具备优势,且特殊铸造手段适用于如航空发动机单晶叶片等小零件,3D打印无法达到该类零件的制造效果,铸造与3D打印各有优势。

  A: 正常情况下,3D打印航空发动机的设计专利及设计能力掌握在公司手中;以西安商业航天领域为例,当地从事发动机业务的商业公司人员多来自航天六院、航天四院等国营企业,这些人员此前从事过相关工作,离职后继续开展相关业务。

  Q: 采用3D打印工艺时,设计是否需要与博瑞特、铂力特等合作方开展联合研发,以及使用合作方打印机时是否需采用其工艺,设计成果的打印环节是否交由服务商完成?

  A: 设计人员多不了解3D打印工艺,而3D打印存在需添加支撑的约束,若设计人员不懂工艺,可能导致打印出的零件因支撑无法去除而失效。因此,3D打印厂家与设计方合作,或设计人员本身掌握3D打印工艺,能使设计的发动机更好匹配3D打印生产需求。

  Q: 现在准备上市或头部商业航天公司是否具备设计人员懂3D打印工艺或与3D打印服务商合作以匹配3D打印生产的能力?

  A: 不一定,但若使用3D打印,会与3D打印服务商合作交流;国内部分企业如深蓝航天,自身开展3D打印业务,会招录3D打印技术人员深度参与火箭设计过程,这是必然趋势。

  Q: 国内提供3D打印服务的企业中,具备设计或优化打印工艺能力的有哪些?

  A: 国内提供3D打印服务的大型头部企业如博力特、一加三维、华卓等具备设计或优化打印工艺的能力,这类企业会配备优化设计人员,通过售前对接指导设计公司开展相关工作。

  Q: 头部企业与主要供应商在研发端及设计端联合研发的模式是否类似苹果与富士康的深度绑定,该模式是否会增强双方粘性、提高新进入者难度?

  A: 该模式下双方粘性强,新进入者难度大。以博力特为例,其与手机厂家深度合作,涉及折叠屏手机铰链、苹果手表3D打印工艺等产品,前期需多轮对接与联合研发。

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