1、白皮书赞助方：Sponsors:3D科学谷白皮书系列ID: 3DSV 202106303D科学谷白皮书系列-Whitepaper-3DScienceV3D打印与航天研发与制造业白皮书（第二版）White Paper of 3D Printing and Aerospace R&D and Manufacturing V2前言3D科学谷全球战略合作伙伴AMPOWER曾预测，到2023年，73%的增材制造航空航天零件将是最终产品零件（而不是用于原型用途）。增材制造技术在航天制造应用端的发展也映射出了这一趋势。根据3D科学谷的市场观察，3D打印火箭企业Relativity Space 通过3D打印技

2、术在不到 60 天的时间内制造出火箭，火箭是针对增材制造技术而进行设计优化的，零件减少100 倍，让开发速度缩短10倍。与世界上多数应用3D打印技术的火箭制造商有所不同的是，Relativity Space不仅通过3D打印技术制造较小的火箭发动机零部件，还通过3D打印制造大量大型火箭部件。作为一家拥有重要技术和商业动力的领先私营航天公司， Relativity Space E轮筹集 6.5 亿美元，用于扩大火箭生产。该公司最新一轮融资有助于促进其完全可重复使用、完全 3D 打印的火箭 Terran R 的生产，并支持长期发展。由此可见，3D打印技术为火箭制造带来的改变是颠覆性的。增材制造在实现

3、复杂、轻量化、功能集成零部件领域的价值，也同样在卫星、深空探测器、载人飞船等航天器制造中得以放大。增材制造的价值远不是从3D打印设备竞相压价的竞争中挤压出来的。正如 Relativity Space 6.5亿美元的融资所展示出来的力量，其估值如此霸气，背后逻辑很简单，其技术将火箭制造的总零件数量少了100倍，开发速度快了10倍，这就是增材制造带来的改天换地的能量！感谢合作伙伴对本白皮书的支持，更多信息请访问3D科学谷市场研究团队.2021年航天市场航天工业飞行器火箭无人航天器载人航天器人造地球卫星空间探测器空间飞船航天飞机空间站导弹图片来源：百度图片航天又称空间飞行或宇宙航行。“航天”系泛指航

4、天器在太空在地球大气层以外（包括太阳系内）的航行活动，航天飞行器粗分为载人航天和不载人航天两大类。航空是在地球的大气层内飞行，航空飞行始终没有脱离地球的引力。航天空间技术空间应用空间科学其它技术航天技术交叉学科航天器、航天运载器的设计、制造、试验、发射、运行、控制及 管理的综合性工程技术。空间技术及其开发的空间资源在国民经济建设、国防建设、科技 发展和社会等方面的应用。利用空间技术和空间资源探索宇宙空间自然现象并研究其发展变 化规律的综合性科学研究。通信导航遥感测绘探测计算机航天产业支撑扩大应用范围航天产业与航天技术及其它技术的关系航天产业3参考资料：中国航天产业竞争力研究， 2020年中国商

5、业航天细分产业发展现状趋势参与主体分析研究报告航天产业的工程基础是航天技术，航天技术是以探索、开发和利用太空以及地球以外天体为目的，用于航天系统、特别是航天器和航天运输系统的设计、制造、试验、发射、运行、返回、控制、管理和使用等的综合性工程技术。中国航天产业市场参与主体4“国家队”央企其他国企国家科研机构中国航天科技集团有限公司主要从事运载火箭、各类卫星、载人飞船、货运飞船、深空探测器、空间站等宇航产品和战略、战术导弹武器系统的研究、设计、生产、试验和发射服务。民营企业中国航天科工集团有限公司构建了固体运载火箭及空间技术产品等航天产业自主开发与研制生产体系。自主创新研制的数十项技术产品护航“神

6、舟”飞天、“天宫”对接、“嫦娥”探月、“北斗”组网、“天问”探火、“空间站”建造，有力保障了一系列国家重大航天工程任务的圆满完成。大力实施系列商业航天工程项目；推进快舟系列固体火箭型谱化发展，实现商业发射常态化；成功发射虹云工程首星、行云工程双星并完成相关技术验证，为国家天基互联网、物联网星座等天基基础设施建设奠定了坚实基础。积极拓展北斗应用为代表的卫星通信、导航、遥感应用，卫星应用产业规模持续壮大。如：中国科学院（长春光学精密机械与物理研究所，空天信息创新研究院，上海微小卫星工程中心，上海微小卫星创新研究院）科研生产联合体专业公司中国运载火箭技术研究院航天动力技术研究院中国空间技术研究院航天

7、推进技术研究院四川航天技术研究院上海航天技术研究院中国航天电子技术研究院中国航天空气动力技术研究院中国卫通集团有限公司中国乐凯集团有限公司航天长征国际贸易有限公司航天科技财务有限公司航天投资控股有限公司北京神州航天软件技术有限公司中国航天国际控股有限公司深圳航天科技创新研究院中国四维测绘技术有限公司中国航天产业市场参与主体5东方红移动通信有限公司中国长城工业集团有限公司中国航天科技集团有限公司航天科技集团科研院所名称简称城市核心业务中国运载火箭技术研究院一院北京导弹武器和运载火箭研制、试验和生产航天动力技术研究院四院西安开展航天动力技术研究、促进航天科技发展；航天 产品研制、航天技术民用产品开

8、发、相关专业培训 与技术服务中国空间技术研究院五院北京航天器、卫星平台及部件航天推进技术研究院六院西安液体火箭发动机研制等四川航天技术研究院七院成都火箭武器系统上海航天技术研究院八院上海导弹武器、运载火箭、应用卫星、空间科学和航天技术应用中国航天电子技术研究院九院北京惯性导航、遥测遥控、机电组件、微电子中国航天空气动力技术研究院十一院北京飞行器空气动力综合技术研究、空气动力技术应用 与试验、空气动力相关设备设计制造、特种飞行器 总体设计与制造6航天科技集团研究所7中国航天产业市场参与主体航天科工集团中国航天系统工程有限公司中国航天科工飞航技术研究院中国航天三江集团有限公司中国航天科工动力技术研

9、究院中国航天建设集团有限公司航天江南集团有限公司湖南航天有限责任公司航天信息股份有限公司中国华腾工业有限公司深圳航天工业技术研究院有限公司航天通信控股集团股份有限公司航天晨光股份有限公司中国航天汽车有限责任公司中国航天科工防御技术研究所航天云网科技发展有限责任公司航天工业发展股份有限公司宏华集团有限公司河南航天工业有限责任公司航天精工股份有限公司航天科工财务有限责任公司航天科工资产管理有限公司航天科工集团部分下属单位名称简称城市核心业务中国航天系统工程有限公司一院北京卫星导航领域中国航天科工防御技术研究院二院北京控制制导、探测跟踪、地面设备、测量设备中国航天科工飞航技术研究院三院北京飞航技术中

10、国航天三江集团公司四院武汉固体运载火箭研制生产中国航天科工动力技术研究院六院呼和浩特 固体火箭发动机中国航天科工集团贵州航天技术研究院 十院贵阳防空武器装备8中国航天产业市场参与主体航天产业新势力- 商业航天9保成功经济性参考资料： 2020 中国商业航天细分产业发展现状趋势参与主体分析研究报告 2020年中国商业航天行业精品报告商业航天的定义是在法律准许范围内，遵循市场规律，设计航天领域的商品交换或服务的经济活动，并不限定主体。这也意味着无论是航天央企、其他航天产业相关国企或者民营企业均可参与其中。 与传统航天相比，商业航天更重视市场竞争及商业化的市场行为。商业航天人造卫星火箭研制火箭发射过

11、程监控发射保险运载火箭载人航天深空探测空间站0102遥感卫星通信卫星导航卫星科研卫星载人飞船太空旅游030405行星探测器太空采矿太空城市太空居住商业航天分类商业航天市场参与主体10国企民营企业航天科技航天科工公司领域星际荣耀运载火箭研发蓝箭航天小型运载火箭研发零壹空间小型航天器发射服务星河动力商业运载火箭研发长光卫星卫星系统研发服务平台微纳星空商业微纳卫星及卫星地面应用研发天仪研究院微小卫星太空实验服务智星空间卫星设计制造欧比特电子半导体及元件研发生产零重力实验室立方星解决方案研发国星宇航民营商业航天服务银河航天高性能通信卫星研发九天微星航天技术创新应用服务民营企业举例星际荣耀可重复使用液体

12、运载火箭双曲线二号（Hyperbola-2）中国商业航天市场产业链参考资料： 2020年中国商业航天行业精品报告图片：潇湘一号07星，来源：天仪研究院商业航天企业主要集中于航天产业中的发射服务及卫星系统两大环节。截至2019年底，中国商业航天企业数量超160家。上游卫星制造企业占商业航天市场规模7%，中游卫星发射企业占比3%，地面设备制造企业占比45%，下游卫星应用及运营企业占比45%。上游中游下游卫星制造企业天仪研究院智星空间深圳航天东方红海特卫星有限公司长兴卫星技术有限公司零重力实验室星众空间卫星发射企业蓝箭航天星河动力零壹空间星际荣耀地面设备制造企业振芯科技西安星展测控柒星通信科技卫星应

13、用及运营企业卫星导航北斗星通中海达卫星通信华力创通亚太通信卫星卫星遥感航天世景航天泰坦科技1234次82个102.25吨3航天科技航天科工1234次6个0.76吨1次1个0.05吨星河动力1231 发射次数（次）2 载荷数量（个）3 载荷质量（吨）2020年中国运载火箭发射情况数据来源：中国航天科技活动蓝皮书（2020年）世界航天发射情况数据来源：中国航天科技活动蓝皮书（2020年）类别 发射数量（个）美国中国载人航天器61空间探测器12导航卫星22通信卫星98013遥感卫星7034科学与技术试验卫星40252020年运载火箭发射情况2020年航天器研制发射情况13发射次数（次）载荷数量（个）

14、载荷质量（吨）美国44953325.88中国3989103.06俄罗斯1714364.16欧洲57427.7日本4425.35印度2112.09其他数据来源：中航证券金融研究所注：对于火箭发射需求的测算不包含科学实验卫星以及技术验证卫星等商业价值不大的卫星。卫星种类尺寸合计卫星部署需求（颗） 发射需求（次）通信卫星大卫星12-1311-12小卫星（含微小卫星）166446导航卫星北斗第三代导航卫星网络5-63-4星基导航增强系统62017遥感卫星大卫星83-8670-73小卫星（含微小卫星）45036合计-1882020-2025 年中国通导遥卫星部署数量及火箭发射次数

15、需求预测中国卫星发射发射需求预估图片来源： 2020 中国商业航天细分产业发展现状趋势参与主体分析研究报告火箭是依靠火箭发动机喷射工质（工作介质）产生的反作用力向前推进的飞行器，按照火箭用途分类 主要包含运载火箭及探空火箭两种。在航天产业中得到较多应用的是运载火箭，运载火箭是能够将人造卫 星、载人飞船、空间站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道的航天运输工具，由单级或多级火箭组成。运载火箭主要包括结构系统、动力装置系统及控制系统。运载火箭参考资料：头豹研究院、维基百科、百度百科火箭发动机物理动力发动机电火箭发动机化学火箭发动机液体火箭发动机固体火箭发动机核火箭发动机运载火箭推进系统火箭推进系统是

16、产生火箭推进力的系统，是火箭中最重要的分系统之一。火箭推进系统主要包括主动力系统、辅助动力系统及增压输送系统三部分，运载火箭主动力系统主要采用火箭发动机。化学火箭发动机主要包括液体火箭发动机和固体火箭发动机。固体火箭发动机由固体推进剂、燃烧室壳体、喷管和点火装置等组成；液体火箭发动机由推力室、推进剂输送系统和发动机控制系统等组成。混合推进剂火箭发动机商业航天火箭发射成本降低火箭的发射成本就是制约全球航天产业发展最核心的问题。火箭作为发射服务的一环，从立项设计到最终发射是一个庞大的系统工程，每一个分系统的制造环节，其问题源头都可以追溯到设计和系统工程理念方面的问题。设计线占一发火箭首型科研经费的

17、70%，对火箭成本影响巨大，并且所有新型火箭都要重新设计，通过设计削减成本的动机较弱。是最需要优化的业务流。生产线生产线和测试线结合在一起，占一发火箭首型科研经费的30%。这两部分对降成本的贡献主要体现在同款火箭量产后，但是如果在工艺和测试领域大幅改动，势必需要设计线的配合，所以综合来看，设计依然非常关键。测试线火箭作为系统工程的三条业务流参考来源：艾瑞研究院可回收火箭技术的技术难点技术名称可实践方向多次启动深度变推力芯级发动机研制在此点火系统、大范围推力调节器等电气一体化围绕企业强项开展的模块化设计二级发动机多次点火箭再电池的能力需要加强结构件的快捷制造结构件3D打印深度推力调节反向发动机蚱

18、蜢飞行多次实验验证栅格舵电脑模拟训练算法辅助动力系统对于最核心的动力系统，占全箭成本的70%到80%，所以其他系统无论采取怎样的方式降低成本，都不会对整枚火箭成本有实质性的影响。而火箭的动力系统随着火箭发射任务的结束，就一次性的消耗掉了，只要不对一级火箭进行回收，这70%到80%的成本就绝无降低的可能。动力系统是降低成本的关键，可重复利用的火箭发动机，是降低成本的重要因素，大推力火箭可回收价值更高。参考来源：艾瑞研究院卫星卫星通信卫星按应用分类按所处轨道分类按重量分类卫星类型重量范围（kg）大卫星 1,000小卫星500-1,000微小卫星100-500微卫星10-100纳卫星1-10皮卫星0

19、.1-1飞卫星0.1来源：UCS 忧思科学家联盟遥感卫星来源：航空航天技术概论（第二版）导航卫星轨道名称简称高度(千米)典型航天器低地球轨道LEO200-2000对地观测卫星及新型通信卫星系统等中地球轨道MEO2000-30000（远地点）导航卫星地球同步轨道GEO36000通信、气象、导航及军事情报搜集太阳同步轨道SSO600-800气象卫星，光学遥感卫星商业航天发射场地建设酒泉发射场太原发射场西昌发射场文昌发射场宁波发射场（在建）2021年3月，浙江省政府公示浙江省重大建设项目“十四五”规划（征求意见稿），其中“宁波国际商业航天发射中心项目”总投资200亿元。该项目规划面积约67平方公里，

20、包括航天发射场35平方公里，产业配套区32平方公里，建设年发射规模100发的商业航天发射基地和千亿元级的商业航天配套产业基地。当前全球主要航天国家已建成或在建发射场共计25个， “宁波国际商业航天发射中心项目”建成后，我国将拥有5个航天发射场地，数量将超过俄罗斯成为第二位，仅次于美国，可以满足当前我国商业发射的需要，并缓解未来发射需求。参考资料：浙江省重大建设项目“十四五”规划（征求意见稿） Starlink全球组网我国商业航天加速发展海阳东方航天海上发射母港空间站图片来源：人民网参考资料：中国载人航天工程、央视新闻2021年4月29日11:23中国空间站核心舱发射成功2021年5月18日14

21、:36天和核心舱完成在轨测试验证2021年5月29日 21:17天舟二号货运飞船发射成功2021年5月30日 08:09天舟二号与天和核心舱对接2021年6月17日09:22发射神舟十二号载人飞船，送3名航天员上太空，这3名航天员成为空间站天和核心舱的首批“入住人员”。3名航天员将在轨驻留3个月，开展舱外维修维护、设备更换、科学应用载荷等一系列操作。2021年6月17日15:54神州十二号与天和核心舱完成对接全球下一代载人飞船国家飞船名称特点进展及计划美国载人龙飞船（Space X）将NASA的宇航员送至太空，还可以将商业航天员运送到地球轨道、国际空间站及其他地方。2020年5月底成功完成进行

22、第一次载人发射，并于 8 月成功返回；此后计划执行多次空间站往返任务，2021年6月3日不载人龙飞船再次发射，6月5日与空间站进行对接。星际客机（波音）用于将宇航员送进和送出空间站2019年12月无人试飞失利；预计2021年7月30日执行一项新的不载人飞行任务。猎户座多用途飞船MPCV（洛马）用于美国“阿尔忒尼斯登月计划”2014年12月完成首次无人试飞；2019年7月完成发射中止测试；计划 2022 年实现首次载人飞行，2024 年前开展登月计划。中国新一代载人飞船面向中国载人航天未来发展需求 而论证的新一代载人天地往返运输飞行器2020年5月新一代载人飞船已成功发射并返回。俄罗斯联邦号飞船

23、可重复使用的载人飞船，用于取代 “联盟”号系列载人飞船和“进步” 号系列自动货运飞船计划2025年4月前飞往国际空间站根据中国载人航天、腾讯科技，中国新闻网，北青网，人民网，新华网，央视网，中航证券金融研究所、SpaceX 信息整理。全球下一代载人飞船07080951617181920探月工程一期-“绕”探月工程二期-“落”探月工程三期-“回”2007年10月24日嫦娥一号绕月探测2010年10月1日嫦娥二号绕月探测2013年12月2日嫦娥三号软着路与巡视探测2018年12月8日嫦娥四号首次月球背面软着陆与巡视勘查2020年嫦娥五号采样返回2023-2024年嫦娥六号月球

24、南极采样返回深空探测器-中国探月工程根据中国探月与深空探测网、中航证券研究所、新华社公开信息整理。中国首次火星探测任务于2016年正式批复立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视，对火星进行全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测，天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，着陆巡视器包括祝融号火星车及进入舱。探测器自2020年7月23日成功发射以来，在地火转移阶段完成了1次深空机动和4次中途修正，于2021年2月10日成功实施火星捕获，进入大椭圆环火轨道，成为我国第一颗人造火星卫星。2021年2月24日，天问一号探测器成功实施第三次近火制动，进入周期2个火星日的火星停泊轨道后，

25、对火星开展全球遥感探测，并对预选着陆区进行详查，探测分析地形地貌、沙尘天气等，为着陆火星做准备。2021年5月15日7时18分，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星成功。截至2021年6月11日，环绕器在中继轨道运行状态良好，“祝融号”火星车在火星表面已工作28个火星日。“着巡合影”图，是火星车行驶至着陆平台南向约10米处，释放安装在车底部的分离相机，之后火星车退至着陆平台附近。分离相机拍摄了火星车移动过程和火星车与着陆平台的合影。图像通过无线信号传送到火星车，再由火星车通过环绕器中继传回地面。深空探测器-中国火星探测任务资料来源：中国探月与深

26、空探测网、中国航天局深空探测器-小行星探测2019年4月19日，我国小行星探测任务有效载荷和搭载项目机遇公告发布。根据公告，中国深空探测规划中的小行星探测任务已经确定，即通过一次发射实现一颗近地小行星取样返回和一颗主带彗星绕飞探测。小行星探测任务将采用长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心发射。探测器携带科学载荷，对近地小行星2016HO3开展绕飞探测，随后择机附着小行星表面并采集小行星样品，之后返回地球附近释放返回舱，将小行星样品送回地球，这一过程大约在3年内完成。上述过程完成后，探测器经地球、火星借力，经历约7年时间飞行到达小行星带，对主带彗星133P开展绕飞探测。探测器配置相关科学载荷，以

27、飞越、伴飞、附着、采样返回等方式，对目标小行星进行遥感探测、就位探测和采样返回。右图为小行星探测器返回舱热防护耐烧蚀3D打印大底（试制件）材料：PEEK; 设备：远铸智能 FUNMAT PRO 610 HT3D打印优势：-降低70%成本，缩短90%制造时间-充分满足定制化需求远铸智能 INTAMSYS资料来源：中国航天局小行星探测任务有效载荷和搭载项目机遇公告图片来源：远铸智能航天增材制造应用及发展方向中国航天科技集团有限公司一院211厂完成首批长征五号系列运载火箭芯级捆绑支座的批生产。这是一种全3D打印的米级关键承力构件。克服传统方式去除余量大、周期长的问题/ 实现轻量化航天科技四院3D打印

28、喷管热试车成功验证了3D打印金属件在较高压强下的承载性能和工作可靠性。长征五号遥三运载火箭和长征四号乙运载火箭先后发射成功，2次发射中实践二十号卫星、中巴地球资源04A卫星、“天琴一号”技术试验卫星上均搭载了529厂采用3D打印技术研制的多种复杂形状结构产品。2019年3月2019年9月2019年12月国际首个3D打印全点阵整星结构成功入轨千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计，整星结构通过铝合金增材制造技术一体化制备。2019年8月由航天科技集团六院11所主导研制的首个高温合金3D打印氧泵离心轮成功通过试车考核。深蓝航天对液氧煤油发动机进行推力室长程试车取得成功

29、。2019年10月中国航天增材制造应用成果根据航天科技集团等网站信息整理，但由于我国航天领域存在大量未公开的增材制造应用，此图仅展示了2019年以来部分典型公开应用。2020年5月中国航天科技集团长征五号B运载火箭首飞取得圆满成功，同期一院211厂研制的全3D打印芯级捆绑支座通过飞行考核验证。由中国航天科技集团空间技术研究院抓总研制的我国新一代载人飞船试验船返回舱在预定区域成功着陆。这次任务实现了我国超大尺寸整体钛框架3D打印制造的首次航天应用。该框架直径达4米。新一代载人飞船试验船搭载了星驰恒动公司研制的60余件金属3D打印产品，涉及三维点阵类轻质材料结构产品、热管理功能类产品、复杂形状直属

30、件产品等多种类型。2020年7月长征五号运载火箭大尺寸级间解锁装置保护板零件采用3D打印技术制造。2021年5月中国航天科技集团五院抓总研制的天问一号火星探测器成功着陆火星。金属3D打印实现了火星探测任务关键技术支撑。服役于航空、航天、船舶、核电等现代工业的金属构件正朝着复杂化、一体化、高性能、多功能方向发展。创新结构设计为增材制造构件的性能突破和功能跃升创造了条件。增材制造的高柔性为结构成形提供了保障。两者相辅相成、相得益彰。02010304大型金属构件激光增材制造复杂整体结构选区激光熔化增材制造轻量化点阵结构增材制造多功能仿生结构增材制造航空航天增材制造应用发展方向1234参考资料：南京航

31、空航天大学材料科学与技术学院、中国激光编委顾冬冬教授，受邀撰写的航空航天高性能金属材料构件激光增材制造长篇综述论文。图片来源：1. 鑫精合；2.NASA; 3.铂力特；4.西门子。应用：推力室材料：IN718 镍铬合金；应用：燃烧室衬里材料：铜合金材料：铜合金Ariane 6火箭发动机喷嘴头从248 个组件减少为仅 1 个应用： SuperDraco 发动机推力室材料：镍铬高温合金123456图片来源：1. CellCore & SLM Solutions；2.NASA；3.ESA；4. 深蓝航天&铂力特；5. EOS；6. SpaceX。航天动力装置增材制造应用应用：推力室图片来源：1. B

32、lue Origin ；2. Skylon ；3. Relativity Space；4. Fraunhofer IWS；5. 宇航推进; 6. INTAMSYS 远铸智能。航天动力装置增材制造应用应用：Ox Boost Pump增压泵1应用：3D打印喷油器应用：火箭整流罩应用：液体火箭发动机涡轮泵应用：发动机234应用：宇航推进器传动部件材料：PEEK技术：INTAMSYS 远铸智能高温材料熔融挤出3D打印技术3D打印驱动下一代火箭制造技术l 3D打印催生经济性、可回收火箭火箭制造及发射：商业火箭以承接商业卫星或者国家卫星等有效载荷的订单为主要盈利模式，但是由于中国特有体制因素国家卫星订单预

33、计不会是目前商业火箭的主要收入途径，因此液体、大推力、可回收火箭（降低发射成本）制造商是未来商业火箭制造和发射企业的发展重点，因此动力系统会成为火箭制造的关键环节。可回收火箭的意义一级级间舱二级整流罩液氧贮箱燃料箱梅林真空发动机液氧贮箱液氧输送管燃料箱梅林发动机资料来源：卫星行业深度报告系列一：好风凭借力，扶摇九万里，华西证券；SpaceX, Falcon Users Guide在商业航天产业所覆盖的主要领域中，火箭制造及发射，卫星制造与运营是商业化程度最高的两个领域。火箭回收技术促进提高火箭利用率，进一步降低成本。火箭可回收技术，即从所有退役卫星等航天器上回收可用部件，实现资源的回收利用。S

34、paceX公司凭借成熟的火箭回收技术，“猎鹰9号”火箭可执行多次运载任务，第一次使用全新的火箭进行发射，报价为6198万美元，到第10次发射报价为2990万美元，仅为首次报价的48.2%，有效减少成本。3D打印对火箭制造的革新作用SpaceX于2013年就成功通过EOS金属3D打印机制造龙飞船逃生系统的SuperDraco 发动机推力室，该应用使用了镍铬高温合金材料。2014年，SpaceX推出了Falcon 9火箭，该火箭具有3D打印的氧化剂阀体（MOV）主体，该阀门在低温温度和高振动条件下成功运行。与传统的铸造零件相比，3D打印用于制造火箭氧化剂阀体具有卓越的强度，延展性和抗断裂性，并且材

35、料特性的可变性较低。SpaceX的Raptor（猛禽）发动机为其Starship(星际飞船)提供动力，该发动机设计为可重复使用1000次。根据SpaceX的说法，其制造过程包括许多3D打印零件，从而可以降低成本并使更轻的零件生产成为可能。3D打印的组件包括推进剂阀体，涡轮泵零件和喷射器系统的零件。Space X 猛禽发动机关于3D打印对火箭制造行业的革新作用， SpaceX首席设计师兼首席执行官马斯克有着精辟的观点：通过3D打印，可以以传统制造方法的一小部分成本和时间就能制造出坚固且高性能的发动机零件。3D打印火箭企业 Relativity Space，正在开发重型、完全可重复使用的两级火箭-

36、Terran R。通过金属3D打印制造至少火箭中95%的零部件，其中大约一半的3D打印零部件由Relativity Space自主开发的大型金属增材制造设备Stargate制造，另一半由其他品牌的选区激光熔化（SLM）设备制造。作为一款两级、216 英尺高、直径 16 英尺、有效载荷整流罩长 5 米的火箭，Terran R 将完全可重复使用。完全可重复使用3D打印火箭Terran R 将配备七个3D 打印的 Aeon R 火箭发动机每台能够产生 302,000 磅的推力，而其上级装有一个 Aeon 1 vac 发动机。目前，SpaceX的Falcon 9火箭可以部分重复使用，因为该公司降落了第

37、一阶段（也称为助推器），并经常回收火箭的鼻锥。但是，SpaceX无法恢复Falcon 9的第二阶段，Relativity Space的一项壮举旨在通过3D打印设计实现火箭的第二阶段可以重复使用这一目标，这是传统制造技术不可能做到的。美国国家航空航天局（NASA）与Aerojet Rocketdyne合作，共同开发3D打印技术（金属增材制造技术），目前在3D打印着陆器和液体火箭发动机方面取得了突破性进展。该项目由机器人沉积技术（RDT）团队开展，目前RDT团队正在设计和制造创新的轻型燃烧室，喷嘴和喷油器，团队结合了自动机器人沉积3D打印技术，冷喷涂沉积，激光线直接封闭，激光粉末床熔化和激光粉末定

38、向能量沉积。目标是将轻量化设计和材料的先进性融合到新型航空器中，并通过热火测试验证可操作性、性能稳定性和可重复使用性。轻型燃烧室、喷嘴、喷油器参考资料来源：NASA多种增材制造工艺结合RDT项目团队最近进行了热火测试，测试了他们的轻型燃烧室。硬件累积启动了八次，总热启动持续时间365.4秒。在进行的所有测试中，主燃烧室承受的压力高达750psi，热气体温度接近6200华氏度。2017年，Ariane集团获得了欧洲航天局（ESA）的支持，总预算超8千万欧元用于Ariane新一代液氧-甲烷火箭发动机 Prometheus。该发动机的设计特点是低成本，目标是将火箭发动机的制造成本至少降低10倍，并且

39、可重复使用。根据计划，Prometheus将以所向披靡的成本优势成为下一代火箭发动机的典范。不过，低成本与可重复使用在技术实现方面具有一定的矛盾性，而融合这一矛盾的利器正是3D打印技术。Prometheus LOx-甲烷发动机项目还将利用前所未有的数字化水平进行发动机控制和诊断，并且将3D打印技术的应用贯穿到原型开发和最终生产中。Prometheus能够将性价比结合在一起的设计理念包括3D打印技术的大量采用，简化了循环结构，低成本的机械组装要求，简化了子系统设计。设计推力达100吨的下一代发动机星际荣耀的火箭发动机采用自主设计，并通过协作配套的方法来进行生产。星际荣耀致力于研发的发动机包括在低

40、成本、可回收方面极具竞争力的液体发动机。星际荣耀的可重复使用的液体运载火箭的研发工作正在进行中，并已开展了部分技术验证。公开信息显示，焦点1号发动机涡轮泵75%的零组件采用3D打印工艺，燃气发生器采用全3D打印工艺，零件数量减少60%。星际荣耀15吨级液氧甲烷火箭发动机的试车成功，展示了3D打印等先进制造技术在实现快速迭代、降低研制成本、提升火箭关键部件性能等方面的优势。星际荣耀通过3D打印技术开发的液体发动机涡轮泵部件包括涡轮盘。星际荣耀研发了一种叶片与转盘一体成型的增材制造涡轮盘，至少两级叶片成型在转盘外周上。商业航天抢滩低成本、可回收液体火箭发动机在此应用中使用的增材制造-3D打印技术为

41、选区激光熔化，打印材料为Inconel718高温合金。选区激光熔化（SLM）3D打印技术的应用能够解决电火花等加工工艺在两级叶片的间距过小或同级叶片间的排列紧密时，受操作空间以及加工精度等影响而导致的涡轮盘难以加工的问题。星际荣耀德国FIT AG参与了Vulcain 2 火箭发动机的3D打印流体歧管，该发动机是阿丽亚娜6型火箭(Ariane 6)的一部分。阿丽亚娜6型火箭总体目标是使生产成本比 Ariane 5 低 40% 至 50%，以便在面对新的市场需求时具有竞争力。该零件采用线弧增材制造（WAAM），材料由铬镍铁合金材料制成，旨在提高火箭发动机的性能，同时降低生产成本。3D打印流体歧管

42、FIT AG 定向能量沉积 l 线弧增材制造WAAM降低火箭发动机生产成本Ariane集团还为阿丽亚娜6型及其下一代火箭启动了很多其他增材制造应用，包括与EOS合作设计的助推器喷嘴头。Ariane集团设立了一些雄心勃勃的目标：例如，新一代可复用发动机Prometheus的成本预计仅为100万欧元，这在一定程度上要归功于3D打印，这将比推动Ariane 5的Vulcain 2 发动机便宜90。与EOS合作设计的3D打印喷嘴EOS 选区激光熔化3D打印技术l 成就复杂、轻量化设计2020年5月5日，中国航天科技集团有限公司抓总研制的长征五号B运载火箭首飞取得圆满成功，同期一院211厂研制的全3D打

43、印芯级捆绑支座顺利通过飞行考核验证。捆绑支座是连接火箭芯级和助推器用于传导助推器巨大推力的关键产品，飞行时承载200余吨集中力。研制过程中，为了大幅度减重，设计人员对捆绑支座这一关键主承力构件进行了系统优化，最终选用了以最优传力路径设计的钛合金构件，可有效减重200千克。然而，用传统方法制造的钛合金关键承力件，其可加工性、组织性能一致性、制造周期等不能满足型号需求。为此，型号队伍首次采用3D打印技术研制这一主承力件。中国航天报显著减重的全3D打印航天关键承力件多工艺融合，开发多材料梯度合金应用选区金属熔化3D打印技术LCUSP项目-火箭燃烧室腔室通过选区激光熔化（L-PBF）增材制造工艺开发铜

44、合金GRCop-84 燃烧室衬里。用电子束自由沉积增材制造工艺在推力室衬里上制造Inconel 625 冷却通道和外壁。RAMPT（快速分析和制造推进技术）项目-基于LCUSP 及其他项目开发的增材制造技术双金属沉积歧管和喷管结构开发商业供应链基于选择性材料沉积进行重量优化减少成本评估DED和固态增材制造工艺集成大型DED再生冷却喷管的自由沉积制造定向能量沉积（DED）工艺制造集成冷却通道燃烧室（L-PBF）与喷管(DED)耦合工艺，以减轻重量降低复杂性显著提升冷却部件增材制造工艺的规模已得到验证的GRCop 铜合金3D打印工艺将该工艺扩展至GRCop-42 材料改进和扩展商业供应链L-PBF

45、 增材制造铜燃烧室复合材料外层推力室组装减轻高腔压力推力室组件的重量减少双金属熔覆导致的失真减少成本与制造周期建立在先前的复合材料外层压力容器技术的基础上来源：NASALightweight Thrust Chamber Assemblies using Multi- Alloy Additive Manufacturing and Composite Overwrap/2020 AIAA Propulsion and Energy Forum 定向能量沉积3D打印技术NASA于2012年就启动了AMDE-Additive Manufacturing Demonstrator Engine增材

46、制造验证机的计划，NASA认为3D打印在制造液态氢火箭发动机方面颇具潜力。在3年内，团队通过增材制造出100多个零件,并设计了一个可以通过3D打印来完成的发动机原型。而通过3D打印，零件的数量可以减少80%，并且仅仅需要30处焊接。通过面向增材制造的设计（DfAM）显著减少火箭发动机零件数量参考资料：NASA. Additive Manufacturing Demonstrator Engine显著减少火箭发动机零件数量E-2 是Launcher和AMCM 合作制造的，使用的是一台为AMCM 定制的选区激光熔化设备。E-2火箭发动机的推力为10吨力（22,000磅力），高度为85厘米（33.5

47、英寸），直径为40厘米（15.7英寸）。在这款发动机中，发动机的燃烧室和喷嘴被设计为一个整体的部件，它将实现更高的冷却性能，同时减少零件数量和对装配的需求，最终通过金属3D打印技术来实现这样的复杂设计。 Launcher燃烧室与喷嘴一体化设计Launcher E-2液体火箭发动机3D打印铜合金燃烧室2019年11月，中国的深蓝航天液氧煤油发动机再次进行了推力室长程试车，取得圆满成功。在推力性能方面，深蓝航天对主要功能部件进行优化设计，大量采用3D打印工艺，实现了国内液氧煤油火箭发动机推力室效率从95%到99%的技术跨越，达到了国际先进水平。发动机喷注器壳体和推力室身部两个零件为金属3D打印，发

48、动机喷注器壳体和推力室身部均为航天发动机关键零部件，零件内部有百余条冷却流道。铂力特承担了这次试车发动机喷注器壳体和推力室身部两个零件的金属3D打印工作。内部集成冷却流道结构与散热功能相集成深蓝航天小卫星发射器制造领域对于3D打印技术的应用也颇为活跃。这款塞式喷管发动机，是由德国 Fraunhofer IWS和德累斯顿工业大学团队合作研发的。发动机中的燃油喷射器、燃烧室和喷管是采用粉末床激光熔化（L-PBF）3D打印技术制造的。喷管由尖峰状中心体组成, 该设计旨在加速气体燃烧。3D打印塞式喷管发动机有望比传统发动机节省约30的燃料。主要得益于两个方面的原因，一方面是设计上的紧凑性，使得整个发动

49、机的重量减轻，而每一克重量的减轻，都对航天器具有重要意义，因为这意味着所需的发射燃料减少和有效载荷的提高。此外，3D打印的喷管，更好地适应了从地球到轨道的不断变化的压力，有助于提高效率，与常规发动机相比，燃烧的燃料更少。3D打印塞式喷管展示件Fraunhofer IWS3D打印塞式喷管发动机原型 Fraunhofer IWS小卫星发射更省燃料加速气体燃烧的设计选区金属熔化3D打印技术欧盟地平线2020计划中有个项目名为”欧洲SMall创新发射器“(也就是SMILE项目)， 旨在设计一种小型卫星运载火箭，将小型卫星(最多达150千克)送入与太阳同步的轨道。位于德国斯图加特的德国航天中心结构与设计

50、研究所是14个参与项目的组织之一，并负责开发SMILE项目。该研究所对液体推进系统的关注是基于系统翻新和再利用的潜力，由此为小型卫星发射器提供更具成本效益的解决方案。鉴于液氧/煤油发动机喷射头部件的高度复杂性，德国航天中心DLR与3D Systems客户创新中心CIC合作，设计了一个3D打印喷射器，以此来实现新性能。SMILE项目的发动机喷射器，通过金属3D打印设计，获得了优异的混合燃烧效率、达到轻质特点且部件数量经过整合后显著减少，30个零散部件整合为一个整体性部件。3D Systems增材制造喷射头在设计时将30个部件整合为1个整体式部件，并减重10%。实现喷嘴头设计集成与减重2020年7