在商业航天飞速发展的今天，轻量化、高强度薄壁零件已成为各类航天装备的核心结构首选。然而，这类零件在3D打印过程中极易出现显著变形，成为制约其规模化应用的关键技术瓶颈。
作为国内商业航天领军者，蓝箭航天致力于研制以液氧甲烷作为推进剂的中大型运载火箭系列产品，以高性价比发射服务立足全球。面对薄壁零件制造痛点，蓝箭航天联合漫格科技携手探索解决方案。
如何实现薄壁零件的高精度成型，同时控制成本、提升效率？蓝箭航天的实践或许给出了答案。
蓝箭航天的一款钛合金薄壁弯管零件，其设计目标是通过3D打印实现一体化成型，以降低制造成本、提升结构完整性。对于此类复杂结构零件，传统3D打印工艺为控制变形，必须采用大量支撑结构对零件薄弱区域进行固定。
但这种方式存在三大核心问题：
支撑添加量巨大：薄壁弯管的中空结构与弯曲形态，要求支撑需从打印基板延伸至弯管内壁的各个受力点，且需保证支撑密度足以抵抗打印过程中的热应力变形，导致支撑体积往往远超零件本体。
后续去除难度高：弯管内部空间狭窄、通道曲折，传统机械去除（如铣削、打磨）工具难以深入，需依赖化学蚀刻或手工清理。化学蚀刻可能对零件表面造成腐蚀，影响钛合金的力学性能；手工清理则效率极低，且易因操作不当导致弯管内壁划伤、壁厚不均，直接破坏零件精度。
精度损耗风险大：支撑与零件本体在打印过程中紧密结合，去除时易产生应力集中，可能导致零件出现微变形或开裂，最终导致零件报废。
图1 薄壁弯管模型
VDE变形补偿技术，实现一次打印成功的关键
为了避免加支撑带来的问题，同时降低研发成本和生产时间，蓝箭航天引入VoxelDance Engineering(VDE)仿真软件，对打印零件进行预变形补偿仿真处理。
VDE可以对整个打印、热处理、切割、热等静压、机械加工变形、残余应力和温度分布进行虚拟预测与补偿。其变形补偿功能在大幅降低对支撑结构依赖的同时，精准保障了零件打印精度。
1. 变形预测与补偿策略
项目团队首先对原始薄壁弯管模型进行了3D打印过程仿真。VDE仿真软件通过机械和热学分析预测了其变形，残余应力和温度场，结果显示：原始模型打印后的最大变形量超过1.8mm，远高于航天零件严苛的精度要求。
基于此数据，VDE软件对模型进行了反向补偿，有效抵消打印过程中可能产生的变形。
图2 原始模型打印变形仿真结果
2. 二次仿真验证
对补偿后的模型再次进行打印过程仿真，并将其变形结果与原始模型进行对比分析。对比结果显示，补偿零件打印后变形与原始零件的最大偏差低于0.2mm，VDE仿真软件的补偿功能让零件打印变形得到有效控制。
图3 原始模型变形与补偿模型变形对比
3. 实物打印与验证
在仿真验证通过后，蓝箭航天依据VDE变形补偿的是数据对零件进行了打印。扫描检测数据显示，补偿后零件的实际打印尺寸与设计尺寸偏差稳定控制在0.2mm内，完全满足航天领域对薄壁零件的精度要求，成功实现了该零件的一次打印成功。
图4 补偿后打印件扫描结果
仿真驱动制造：航空航天薄壁零件成型新范式
漫格一体化增材制造解决方案成功攻克了航空航天薄壁零件3D打印易变形和精度难控制的行业痛点。该方案以仿真驱动变形补偿技术为核心，替代了传统依赖大量支撑的工艺思路，在保障零件精度的同时，大幅缩短制造时间、降低生产成本，为商业航天领域薄壁及复杂结构零件的3D打印制造提供了可复制、可推广的技术范式。
精度决定高度，创新驱动未来。VDE仿真技术正在为航天制造工艺革新与行业整体效率提升提供强有力的技术支撑，助力中国商业航天迈向新高度！
