商业航天3D打印分析报告 ( 页)

目录

1. 7 大技术路线加持，3D 打印从概念走向量产 ...... 6

1.1 随着技术迭代，3D 打印从概念走向量产 .... 6

1.2 7 大技术路线加持，适配不同领域需求 ..... 8

2.为什么3D 打印可以成为商业航天最终加工解决方案 ....... 14

2.1 设计：面向增材制造进行设计，大幅降低零部件数量 .... 14

2.2 成本：更短的供应链，更低的试错成本 .... 16

2.3 减重：基于拓扑优化等方式实现轻量化 .... 17

2.4 散热：结构与散热集成，满足航天器高功率器件要求 .... 18

2.5 材料：高温合金3D 打印走向成熟，新材料潜力巨大 ..... 19

3.火箭3D 打印：配套火箭推力室制造，国内渗透率有望持续提升 ..... 22

3.1 粉末床熔融+定向能量沉积协作可实现最核心的火箭推力室3D 打印加工 .... 22

3.2 NASA、SPACEX 积极拥抱3D 打印，国内火箭3D 打印渗透率或持续提升...... 30

4.卫星3D 打印：全面助力轻量化，国内外企业加大布局 ..... 38

4.1 3D 打印适配小卫星轻量化+功能集成需求 ...... 38

4.2 从立方体卫星起步，国内外企业持续加大3D 打印布局 ....... 44

5.投资建议 .... 48

5.1 投资建议 ...... 48

5.2 华曙高科：金属+高分子3D 打印全链路布局，航天领域应用持续突破 ...... 48

5.3 银邦股份：持有飞而康股权，下游覆盖航空航天领域 .... 50

5.4 飞沃科技：收购新杉宇航部分股权，有较好成长前景 .... 51

5.5 江顺科技：参股九宇建木，九宇建木积极布局DED 技术路线 ...... 52

5.6 汇纳科技：战略携手金石三维，有望实现强强联合 ...... 52

5.7 南风股份：子公司3D 打印涉及航空航天领域 ....... 53

6.风险提示 .... 53

图表目录

图表1： 全球首个3D 打印设备和打印的零件 ....... 6

图表2： 目前已经有超过20 种金属3D 打印技术 .... 7

图表3： 3D 打印具有不同的成本曲线 ...... 7

图表4： 3D 打印能够走向量产的基础是技术的迭代大幅降低了单位成本 .... 8

图表5： 3D 打印已从概念逐步走向量产 .... 8

图表6： 目前3D 打印针对各种常见材料衍生出了不同的加工工艺 ..... 9

图表7： 3D 打印技术可以归类为7 类 ..... 10

图表8： 光聚合3D 打印原理 .... 10

图表9： 粉末床熔融3D 打印原理 .... 11

图表10： 激光选区熔化成形原理 .... 11

图表11： 粉末床熔融与定向能量沉积在工业领域已经实现了成熟应用 .... 11

图表12： 定向能量沉积原理 .... 12

图表13： 常见的熔融沉积成形（FDM）就属于材料挤出成形工艺 ..... 12

图表14： 黏结剂喷射技术需要配套额外的后处理来进行使用 .... 13

图表15： 生坯中粉末的烧结与致密化过程 .... 13

图表16： 材料喷射技术原理 .... 14

图表17： 层叠制造原理 .... 14

图表18： 3D 打印带来了不同的设计、制造理念 .... 15

图表19： 基于3D 打印的产品设计新理念 ..... 15

图表20： NASA 基于面向3D 打印设计理念显著降低了火箭发动机零件数量 ..... 16

图表21： 通过3D 打印技术可降低产品全生命周期成本 ..... 16

图表22： NASA 通过采用3D 打印技术大幅降低了成本 ....... 16

图表23： 3D 打印可助力实现轻量化设计 ...... 17

图表24： 铂力特为航天五院3D 打印的微小卫星结构内部 ....... 18

图表25： 深蓝航天通过结构与散热功能集成进一步提高发动机推力室效率 .... 18

图表26： 弹载复杂内流道高效控温构件 ...... 19

图表27： 航空航天领域用增材制造合金体系及主要牌号 .... 19

图表28： 航空航天领域用典型增材制造金属材料及其应用 ...... 19

图表29： 激光增材制造镍基高温合金跨层级细微观结构示意图 ...... 20

图表30： 增材制造GH4169 室温力学性能与传统制造方式的对比 ..... 21

图表31： 采用不同的热处理方式对激光3D 打印高温合金的性能影响较大 ..... 21

图表32： 连续纤维增强聚合物复合材料性能 ...... 21

图表33： 连续纤维复合材料主要性能优化方式 .... 22

图表34： 液体火箭发动机主要采用粉末床熔融+定向能量沉积技术配套来进行打印...... 23

图表35： 喷注器是火箭推力室“心脏” ..... 24

图表36： Rocketdyne 注喷油嘴使用3D 打印技术制造并完成了测试 ....... 24

图表37： 3D 打印喷注器可大幅减少零件数量 ...... 25

图表38： LEAP 71 宣布实现了直径600 毫米喷注器3D 打印 ...... 25

图表39： NASA 通过SLM 打印的再生冷却喷管 ...... 26

图表40： NASA 通过LWDC 技术打印的再生冷却喷管 ..... 26

图表41： 采用粉末床熔融技术打印的两段式腔体结构 ...... 26

图表42： 铂力特承担了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 .... 27

图表43： 定向能量沉积技术在燃烧室3D 打印有较好的应用前景 ..... 27

图表44： NASA 已经形成了多种实现DED 加工的技术路线 .... 28

图表45： DED 配套工业机器人实现大尺寸零部件加工 ....... 28

图表46： NASA 布局的一体化再生冷却推力室组件 ...... 29

图表47： 液体火箭发动机涡轮泵结构示意 .... 29

图表48： NASA 3D 打印的涡轮泵零件数量大幅减少 ..... 29

图表49： 液体火箭发动机涡轮泵诱导轮结构 ...... 30

图表50： 诱导轮打印时可通过叶片特征区域支撑结构来约束塑性形变和降低翘曲变形....... 30

图表51： NASA 涉及3D 打印的中心 ....... 31

图表52： NASA 马歇尔航天飞行中心形成3D 打印技术成熟应用 ....... 31

图表53： 目前NASA 针对不同应用场景开发了不同的配套3D 打印技术 .... 32

图表54： NASA 尝试了多种新型合金来进一步提升3D 打印性能 ....... 32

图表55： NASA 采用新型3D 打印合金的喷管、喷注器均热试车成功 ....... 33

图表56： NASA 已经进行了长时间的热试车并积累大量“Know How” ..... 33

图表57： SpaceX 猛禽3 发动机通过3D 打印大幅简化了结构 .... 34

图表58： Velo3D 除SpaceX 外还配套很多军工/航天领域一线客户 .... 34

图表59： 国内航天领域也行业实现了较多3D 打印应用成果 ..... 35

图表60： 深蓝航天雷霆R/雷霆RS 发动机均采用了3D 打印技术 ...... 35

图表61： 深蓝航天燃烧室涡轮泵通过3D 打印带来全面性能提升 ..... 36

图表62： 蓝箭涡轮泵壳体、换热器、推力室、喷管、弯管均涉及了3D 打印技术的应用 ...... 37

图表63： TH-12 采用了超大尺寸推力室不锈钢3D 打印等技术 .... 37

图表64： 天兵科技的发动机推力室头部壳体为3D 打印成型一体化结构 ....... 38

图表65： 卫星主要系统构成 .... 39

图表66： 全球小卫星发射数量正快速增长 .... 39

图表67： 3D 打印可满足小卫星轻量化设计要求 .... 40

图表68： 传统卫星舱板结构示意 .... 40

图表69： 3D 打印卫星主结构舱板 .... 41

图表70： 晶格结构是轻量化的理想选择 ...... 41

图表71： 通过拓扑优化可以进一步探索更优的晶格结构 .... 42

图表72： 3D 打印晶格结构 ...... 42

图表73： 3D 打印可实现舱板支撑+散热功能集成 ....... 42

图表74： 3D 打印点阵结构助力卫星支架实现减重 ...... 42

图表75： 卫星上的连接点也可以进行轻量化设计 ...... 43

图表76： 基于3D 打印重新设计的推力器 ..... 43

图表77： 直接金属激光烧结制成的天线馈源阵列 ...... 44

图表78： 通过PEEK 材料打印的立方体卫星 ....... 44

图表79： 金属3D 打印立方星部署器框架 ..... 45

图表80： 千乘一号卫星实现了三维点阵整星结构应用 ...... 45

图表81： 星众空间金属3D 打印的“灵巧号”卫星 .... 46

图表82： 星众空间3D 打印立方星框架 ....... 46

图表83： Maxar 卫星使用了将近1000 个3D 打印部件 ....... 47

图表84： 3D 打印的铝制结构件被整合到MDA 的卫星中 ...... 47

图表85： 波音正在推进3D 打印太阳能阵列基板 ....... 48

图表86： 建议关注公司 .... 48

图表87： 华曙高科具有较强全链路自主研发能力 ...... 49

图表88： 深蓝航天使用华曙高科设备进行发动机大尺寸喷管3D 打印 ..... 49

图表89： 飞而康金属增材制造超级工厂 ...... 50

图表90： 飞尔康参与星河动力发动机零部件制造 ...... 50

图表91： 华曙高科高分子材料3D 打印也实现了航天应用突破 ....... 50

图表92： 飞而康金属3D 打印加工服务营收破亿 ....... 51

图表93： 飞而康列装3D 打印设备50+台，配套YF-75DA 发动机部分3D 打印任务 ....... 51

图表94： 新杉宇航在上料、铺粉、成型、后处理等领域均发布了较多专利 .... 52

图表95： 金石三维下游应用覆盖航空航天领域 .... 53

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