韩国研究人员完成3D打印钛罐-196°C耐低温压力测试，未发生结构故障

2025年6月25日，南极熊获悉，由韩国产业技术研究院（KITECH）牵头的联合体（KITECH是一家隶属于韩国的国家级应用研究中心）完成了全球首个用于航天的激光3D打印钛合金压力容器的。

研究团队与韩国航空宇宙研究院（KARI）、KP Aero Industries、AM Solutions和汉阳大学合作，用Ti-6Al-4V合金制造了一个130升的球形储罐，并在-196°C下加压至330巴（比220巴的工作要求高出50%），且未发生结构故障。

KITECH 的工程师采用激光丝定向能量沉积技术制造了两个直径 640 毫米的半球，利用高功率光束逐层熔化钛丝原料。实时传感器跟踪焊道的几何形状和热输入，而刀具路径算法则补偿变形，使厚度保持在航空航天公差范围内。经过热处理和精密加工后，KP Aero 将两个半球焊接在一起，经无损检测确认没有孔隙或未熔合缺陷。

韩国航天工业研究院首席研究员李赫博士说道：“这一成就证明，增材制造技术能够满足太空任务的极致性能要求，为航空航天部件制造开辟了新的可能性。”在韩国航天研究院设施的验证运行中，应变计、热电偶和视觉监控系统显示，储罐行为与有限元预测结果相符，证实了飞行硬件所需的设计裕度。

△来自韩国科技工业研究院 (KITECH)、韩国航天研究院 (KARI)、KP Aero Industries、AM Solutions 和汉阳大学的研究人员与 130 升钛合金推进剂罐合影。图片来自 KITECH。

多年来，增材制造技术一直有望实现更轻、更快速的推进剂储箱生产，但由于工艺波动性和低温脆化问题，人们对其信心不足。激光丝材沉积工艺无需锻造模具和大量机械加工，从而缩短了交付周期并减少了材料浪费，但只有经过严格的测试才能证明在液氮温度和运载火箭压力下的可靠性。如今，这一障碍已被扫除，这提供了一个数据点，表明金属3D打印工艺能够满足传统上只有锻造结构才能满足的安全系数。

研究小组计划进行更多资格认证周期，并计划与商业发射供应商合作，将3D打印技术应用于卫星、上面级推进剂贮箱和其他低温子系统。韩国航天技术研究院（KITECH）成立于1989年，隶属于韩国商工部，研究院表示将利用这些成果支持韩国更广泛地推进国产航天硬件和数字化制造。

△在韩国核工业研究院测试设施的验证过程中，3D打印钛合金罐在-196°C下被加压至330巴。图片来自韩国核工业研究院。

韩国增材制造的发展

韩国近期加快了金属增材制造在航空航天领域的应用。航天公司INNOSPACE成立了内部先进制造部门，利用专有的3D打印系统生产火箭发动机和关键部件。该部门运营着一条涵盖设计、仿真、金属打印、后处理和质量控制的全集成生产链，并成为韩国首家获得ISO/ASTM 52941-20航空航天级增材制造系统认证的公司。研究团队已完成HANBIT运载火箭13个部件的初步制造，包括氧化剂泵和高精度旋转部件。

国防部门的平行努力也取得了进展。同年，韩国海军陆战队后勤集团验证了Meltio的线激光定向能量沉积 (DED) 工艺可用于移动金属3D打印装置。Meltio系统通过机械臂部署在集装箱装置内，可按需制造两栖突击车辆的停产或难以采购的零件。这是Meltio技术在亚洲的首次军事应用，并得到了当地合作伙伴AM Solutions（低温储罐项目的合作者之一）的支持。

△地面燃烧测试中心。图片来自 INNOSPACE。