EOS 增材制造助力Ariane火箭发动机喷嘴实现功能集成一体化

欧洲航天局 (ESA) 希望借助高效的运载火箭技术在航天运输领域占据强有力的独立地位。为此，委托欧洲航空航天公司 Airbus Group 与法国 Safran 集团联合成立的合资企业 ArianeGroup 打造新一代产品。Ariane 是欧洲航天局研制的一系列运载火箭，旨在将通信卫星等重型有效载荷送入地球轨道。

在推进模块中，会在极端条件下产生巨大推力。这需要在狭小空间内实现极高的可靠性和精确度。喷嘴是助推器的核心组件之一，负责将燃料混合物输送入燃烧室。在传统设计中，该组件由 248 个零部件构成，而这些零部件通过各种制造步骤生产、装配而成。采用铸造、铜焊、焊接与钻孔等不同的工艺步骤可能会带来缺陷，从而可能导致在极端负荷下产生风险。此外，生产如此多的零部件也是一个十分耗时的复杂过程。在喷油器组件领域，传统的生产过程需要在铜套管中钻出 8000 余十字孔，然后用螺钉将铜套管精确地固定到 122 个喷油器组件上，以便将其中流动的氢气与氧气混合。实现集所有零部件于一体的功能集成组件显然是一项宏伟的目标。特别对于 1 类组件，这还有助于发挥巨大的经济潜力，减少工艺步骤并缩短生产时间。

增材制造为这些挑战提供了解决方案。“若要生产一体化喷嘴，只能采用 EOS 技术，” ArianeGroup 材料与工艺生产技术主管 Steffen Beyer 博士表示， 他解释了选择工业 3D 打印技术的原因，“只有增材制造可以将功能集成、轻量化结构、更为简单的设计以及更短的交付周期等特性融合于单一组件中。”项目团队再次选择了耐高温、耐腐蚀的镍基合金 (IN718) 材料。该材料在高温下可呈现出优异的抗拉伸性、耐久性、抗蠕变性和抗断裂强度，并将与全新的生产技术搭配使用。

“成功开发出组件后，我们将我们的注意力转向如何提高成本效益。”材料与工艺生产技术部门 Fabian Riss 博士称。ArianeGroup 的关键需求是缩短交付周期并降低单位成本。最初，采用 EOS M 290 通过增材制造技术进行生产。初步试验成功后，采用大型的 EOS M 400-4 系统进行量产。借助 4 激光器技术，推进模块的制造速度可达原来的四倍。“采用生产率较高的 EOS M 400-4 系统扩大生产，是我们为提高 Ariane 项目的工业化和竞争力迈出的重要一步。凭借 EOS 员工的丰富经验和行业专业知识，协作得以高效展开。结果不言而喻，同时也有力证明了团队的卓越表现。” Steffen Beyer 博士补充道。