铜及其合金凭借优异的热导率、电导率和耐腐蚀性,成为航空航天发动机制造的关键材料。然而,在金属3D打印领域,尤其是激光粉末床熔融(LPBF)工艺中,铜材料的高反射特性长期制约着加工稳定性。在近红外波段(如1064纳米)的强反射会导致熔池不稳定,严重影响成型质量。中国厂商凡赛尔(Farsoon)通过技术攻关,成功推出专为铜合金优化的FS621M-Cu大尺寸3D打印平台,有效攻克了这一行业难题。
凡赛尔早在2017年便在小尺寸设备FS271M上探索铜合金打印工艺。2023年,公司与一家航天领域领先企业合作,进一步开发出适用于CuCrZr铜铬锆合金的大尺寸打印设备。FS621M-Cu拥有620×620×1100立方毫米的超大构建体积,配备四台1000瓦光纤激光器,工作波长覆盖1060-1080纳米。配合优化的工艺窗口、低反射腔体涂层及主动温控系统,该设备实现了高反射材料稳定、可重复的打印过程。
该技术的核心应用场景是液体火箭发动机燃烧室衬里的整体制造。此类部件需兼具高强度与复杂冷却通道设计,传统机加工、焊接和钻孔工艺不仅耗时费力,成本高昂。而增材制造技术可直接集成复杂内部冷却流道,显著提升热管理效率。2023年8月,合作企业成功打印出直径600毫米、高850毫米的燃烧室衬里,实测密度接近理论值(8.86克/立方厘米),热导率超过345瓦/米·开尔文,且内部微观结构无缺陷,X射线检测也验证了复杂几何尺寸的精度。
这一突破标志着大尺寸铜合金增材制造已具备工业化应用条件,为航天发动机轻量化、高性能化提供了新路径。对于中国航天及高端装备制造业而言,凡赛尔的技术进展不仅验证了国产高端3D打印设备的国际竞争力,也为未来在商业航天、高超音速飞行器等领域实现关键部件自主制造提供了重要技术支撑。
