国防军工行业：航空航天应用新突破 3D打印发动机有望成为主流

　　核心观点

    　　增材制造（即“3D 打印”）是具有颠覆性的先进制造技术，军民领域应用前景光明，市场空间广阔。3D 打印技术通过零部件整合，助力发动机轻量化、集成化、推力与可靠性提升，金属3D 打印发动机有望成为航空航天领域主流技术工艺。近日，美国SpaceX 发布猛禽3 液氧甲烷发动机，受益于3D 打印技术加持，猛禽3 发动机相较于猛禽2 更轻、更有力、效率更高。航天应用方面，通用电气航空航天公司已于7 月向飞机制造商交付了用于波音777X 的首台GE9X 发动机生产版本。GE9X 是当前世界上推力最强大的喷气发动机之一，最大推力能够达到60.8 吨。该发动机采用了多达304 个3D打印零部件，是GE 在航空发动机领域应用3D 打印技术的重要里程碑。

    　　简评

    　　增材制造（即“3D 打印”）是具有颠覆性的先进制造技术。增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造出实体零件。作为新兴工艺，增材制造具有减材制造不具备的优势，行业进入快速发展期。金属增材制造将向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展。

    　　3D 打印技术通过零部件整合，助力发动机轻量化、集成化、推力与可靠性提升，金属3D 打印发动机有望成为航空航天领域主流技术工艺。航空应用方面，美国SpaceX 发布猛禽3 液氧甲烷发动机，受益于3D 打印技术加持，猛禽3 发动机相较于猛禽2 更轻、更有力、效率更高。航天应用方面，通用电气 (GE) 航空航天公司已于7 月向飞机制造商交付了用于波音777X 的首台GE9X 发动机生产版本。GE9X 是当前世界上推力最强大的喷气发动机之一，最大推力能够达到60.8 吨。该发动机采用了多达304 个3D 打印零部件，是GE 在航空发动机领域应用3D 打印技术的重要里程碑。

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    　　增材制造（即“3D 打印”）是具有颠覆性的先进制造技术。增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造出实体零件。其优势在于短研发周期、复杂结构制造、轻量化、高材料利用率、强力学性能等。作为新兴工艺，增材制造具有减材制造不具备的优势，行业进入快速发展期。金属增材制造将向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展。

    　　3D 打印技术通过零部件整合，助力发动机轻量化、集成化、推力与可靠性提升，金属3D 打印发动机有望成为航空航天领域主流技术工艺。

    　　航空应用方面，美国SpaceX 发布猛禽3 液氧甲烷发动机，受益于3D 打印技术加持，猛禽3 发动机相较于猛禽2 更轻、更有力、效率更高。SpaceX 公司近日公布第三代猛禽发动机（Raptor 3）及其参数。与之前版本相比，第三代猛禽发动机在推力、比冲和轻量化方面均有所提升，推力为280t，比冲为350s，发动机重量为1525kg。在未来迭代中，该发动机推力或将超过300t。相较之下，前代的Raptor 2 则为230 吨的推力、347s 的比冲、1,630kg 的引擎重量与2,875kg 的总重。

    　　先进金属3D 打印工艺使得第三代猛禽发动机的设计更加简化，使用3D 打印取消了许多机械连接组件，之前大量暴露在外的管路已被集成到一起，Raptor 3 无需隔热罩及消防系统，这也规避了隔热罩所增加的重量和系统复杂性，因此，它要比Raptor 2 更轻、更有力、效率更高。

    　　航天应用方面，通用电气 (GE) 航空航天公司已于7 月向飞机制造商交付了用于波音777X 的首台GE9X发动机生产版本。GE9X 是当前世界上推力最强大的喷气发动机之一，最大推力能够达到60.8 吨。该发动机采用了多达304 个3D 打印零部件，是GE 在航空发动机领域应用3D 打印技术的重要里程碑。

    　　GE9X 发动机的3D 打印零件包括228 枚叶片、28 个燃油喷嘴、16 个粒子分离器、1 个热交换器和1 个T25 传感器外壳以及8 个导流器、1 个燃烧室混合器。其中，1）LPT 叶片采用TiAl 合金，相比传统使用的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比。由该材料制成的叶片，会使整个低压涡轮机的重量减少20％，同时将使GE9X 提高10％的推力。考虑到燃料占航空公司运营成本的比例达到25％，TiAl 合金的性能便体现出极大的优势。2）3D 打印的CoCr 合金燃油喷嘴高度集成，但打印的结构只有喷嘴头，里面有14 条精密的流体通道。新喷嘴头将原来的20 个部件变成了一个精密整体，并与其它组件通过钎焊连接，喷气燃料通过喷嘴内部的复杂流道实现自身冷却。最终，新喷嘴重量比上一代减轻了25%，耐用度提高了5 倍，成本效益上升了30%。3）导流器的作用是减少冷却空气的残留，提高发动机的寿命。每台GE9X 发动机包含8 个3D打印的导流器，材料使用CoCr 合金，采用激光粉末床熔融工艺。3D 打印技术将13 个零件合并为一个，提高了2 倍的寿命。4）燃烧室混合器的作用是将空气和燃油充分混合，并将混合物送入燃烧室燃烧产生动力。

    　　GE9X 发动机包含1 个3D 打印的燃烧室混合器，使用CoCr 合金和粉末床激光熔融工艺，该技术将零件重量减轻了6%，寿命提高了3 倍。

    　　风险分析

    　　1、军工订单不及预期。国内金属增材打印行业下游客户集中于军工行业，收入最终主要来源于国家的国防装备支出。军工行业属于特殊的经济领域，主要受国际环境、国家安全形势、地缘政治、国防发展水平等多种因素影响。若未来国际形势出现重大变化，导致国家削减国防开支若军工订单不及预期则可能影响到行业企业的营收。

    　　2、产业政策风险。增材制造行业系国家重点扶持的战略新兴产业，国家产业政策对该行业的发展起到了积极的引导作用。如果未来政府对行业支持政策发生变化导致财政税收优惠、政府补助及科技扶持等政策缩减甚至取消，将会对行业生产经营造成不利影响。

    　　3、技术迭代风险。随着增材制造技术的发展，应用领域的扩大，技术的升级迭代加快，不同技术之间的竞争加剧，技术创新和新产品开发仍是行业竞争的关键。若企业无法保持技术先进性则可能导致竞争力下降。

    　　4、供应链风险。国内增材制造领域振镜、激光器等核心零部件进口依赖严重，若因地缘政治导致进口受限，且短期内无法国产化替代，则可能影响到企业产品的交付。

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