2026年商业航天行业深度研究报告（二）：增材重塑航天制造，3D打印赋能商业火箭降本放量

商业航天装备构型精密结构复杂，制造工艺壁垒高耸

商业航天装备普遍具备外形尺寸较大、整体构型复杂、薄壁结构占比高、内部流道精密 且形态多样等典型特征，其服役工况通常极为严苛，往往需在高温、高压、腐蚀介质及 强振动载荷等多重极端环境下协同作用，对材料综合性能提出了极高要求。从制造特征 来看，航天类产品普遍呈现小批量、研制周期紧张、质量与可靠性指标严苛的特点，整 体制造难度高。

传统航天制造瓶颈凸显，增材制造应运而生

（一）传统制造受限，增材路径破局

传统制造工艺在商业航天装备生产中普遍存在工艺流程繁琐、工序链冗长、转运环节过 多等问题，其依托规模化生产形成的成本与效率优势在航天制造领域难以有效体现，这 也为增材制造（3D 打印）技术的工程化应用提供了广阔空间。 增材制造（Additive Manufacturing, AM）是一种基于三维模型数据，通过材料逐层累加的 方式构建物理实体的先进制造技术。其核心原理是“离散-堆积”；首先在计算机中将三维 实体模型离散为一系列连续的二维薄层数据，然后由专用设备依据这些数据，将材料逐 层堆积、成形，最终形成三维实体。 与传统的材料去除式加工方法不同，增材制造是一个“从无到有”的材料累加过程，这 一本质区别赋予了其独特的技术优势。在轻量化方面，增材制造可以实现拓扑优化和仿 生点阵结构的一体化成形；在高性能材料方面，增材制造近净成形，材料利用率高，可 获得独特高性能组织；在复杂集成方面，增材制造可以直接制造带有复杂内部特征的 monolithic 结构；在快速响应上，增材制造可以数字化驱动，无需模具，适应设计迭代快， 具备多需求维度的优势；在功能一体化方面，增材制造可以实现多材料梯度结构或结构功能器件一体化制造。

（二）核心路线聚焦分化，SLM 精密成型与 DED 大件主导

根据美国测试与材料协会 ASTM F42 增材制造小组提出的一套标准，将增材制造工艺分 为 7 类。ISO/ASTM 52900-15 定义了 7 类增材制造工艺：材料挤出、光聚合、粉末床熔 合、材料喷射、黏结剂喷射、片材层压和定向能量沉积。

目前常用于航空航天领域的有激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion，LPBF）、电子 束熔化（Electron Beam Melting，EBM）、线材电弧增材制造（Wire and Arc Additive Manufacturing，WAAM）、定向能量沉积（Directed Energy Deposition，DED）、熔融沉积 成型（Fused Deposition Modeling，FDM）等。

根据田彩兰等《3D 打印技术发展趋势及其在商业航天上的应用》，商业航天目前最广泛 的应用是基于激光的粉末床熔融技术（LPBF，又称激光选区熔化技术 SLM），SLM 的常 见优点包括 1）成形零件的尺寸精度高、表面质量好，经简单后处理即可满足工程应用标 准；2）制件内部气孔、裂纹等缺陷较少，致密度高，其拉伸、屈服等力学性能指标可达 到甚至超越同牌号锻件水平，能够满足严苛的工程使用要求；3）以三维模型为直接驱动， 无需模具，非常适合单件、小批量产品的快速研制，且批次间产品的尺寸与性能一致性 良好；4）相较于传统机械加工，该技术对零件结构的复杂程度不敏感，能够高效实现复 杂结构件的一体化制造；5）沉积效率相对较低，适合薄壁结构件，尤其是薄壁复杂内流 道构件的快速成形。SLM 技术以其高精度和高表面质量，特别适合制造发动机喷注器、 涡轮叶片等复杂精细结构。 此外定向能量沉积技术（WA-DED）也得到应用。DED 具有高沉积速率、局部调整零件 的特性、多轴打印能力、广泛的材料适用性等优势,使它能够使用多种材料、甚至超越传 统增材制造的限制，生产大型金属复杂部件、修复中大型管状结构；该技术的核心优势 在于其高度的制造柔性和对设计变更的快速响应能力，且无需模具，设备初期投资相对 较低。此外，WA-DED 技术还具备设备运行稳定、能量转换效率高（可达 85%以上）、运 行成本低、成形效率高、材料利用率高、成形质量稳定以及可实现较大尺寸构件制造等 特点。这些特性使其不仅能有效减少传统机械加工带来的原材料浪费，还能显著缩短制 造周期，从而降低综合制造成本，因此特别适用于大型结构件的生产制造。

SLM 将金属粉末铺展在基板上，利用高能束（激光或电子束）选择性地熔化粉末，逐层 堆积成形。

根据王亚娟等《增材制造技术在航空航天领域的应用与发展》，WAAM 需要先在三维建 模软件设计出预制件的结构，然后在焊接电源、送丝机、运动控制系统和保护气体系统 中，采用切片的方式，电弧在金属丝材和基底材料之间产生，熔化金属并形成熔池；在 规划的路径上，熔化后的金属逐层堆积，形成三维实体结构。DED 将粉末或金属丝形式 的原料输送到一个聚焦的激光束、电子束或等离子体/电弧等能源的基板上，形成一个小 的熔池，并逐层连续沉积材料来制造零件。

工艺赋能降本增效，全球产业同步进展

（一）三大系统构筑火箭主体架构

运载火箭主要组成部分包含结构系统（由整流罩、贮箱、级间段、发动机机架、尾舱等部 分组成）、推进系统（由推进剂输送管道以及发动机等组成）和控制系统等。根据航天产 业网统计，火箭制造成本中发动机占比最大，其次是箭体结构，分别占比 54%/24%；一 子级、二子级、整流罩占比分别为 66%/22%/11%。

根据任佳绩等《基于 GO-FLOW 的可重复使用火箭发动机可靠性评估》，可重复使用火 箭发动机系统在结构层面上体现出高度复杂性与集成性，其内部由多个具有明确功能分 工的核心模块组成，主要包括：推进剂供应系统：1)涡轮泵系统、2)推进剂输送管道 (氧 化剂输送管道与燃料输送管道)，燃烧系统 1）燃烧室、2）电点火器、3）会聚−发散喷嘴， 控制系统 1）多级控制阀门、2）万向传动装置等关键部件。

（二）增材制造适配箭星多类制造场景，缩短周期同时提高结构一致性

目前增材制造在液体火箭中可以应用的领域包括发动机涡轮泵、推力室、阀门、栅格舵、 舱段等环节。 以涡轮泵部件为例，包含诱导轮、泵叶轮、涡轮盘等。液体动力系统中推进剂输送系统 负责发动机工作过程中推进剂的供应与控制，其关键组件涡轮泵、阀门的工作性能要求 高，工作环境复杂。

推力室。以喷注器为例，喷注器负责将燃料和氧化剂雾化混合，传统喷注器通常由数百 个零件组装而成，加工精度要求高，装配工艺复杂。增材制造技术可以将整个喷注器一 体化制造，显著简化制造流程。增材制造的喷注器喷孔尺寸一致性更好，流量分布更均 匀，有利于提高燃烧效率。以燃烧室为例，液体火箭发动机推力室内部工作过程复杂， 工作环境恶劣，尤其是随着发动机比冲的不断提高，推力室内燃气温度和速度也随之不断提高。为了防止推力室过热、氧化腐蚀、冲刷侵蚀，一般采用夹层冷却结构以有效保 证推力室在高温高压环境下正常服役。为保证换热效率，使用具有高热导率的内壁材料 成为必然选择同时，为提高结构强度，在外壁采用了高强不锈钢材料。鉴于发动机的结 构特点，目前其只能采用“内外壁分体加工再钎焊”，工艺成型，这种工艺会使产品存在 性能稳定性差、合格率低、加工周期长、生产成本高等问题。增材制造技术可以实现复 杂流道、异种材料的制造，提高产品的质量与可靠性。以扩张段（喷管）为例，据曲忠凯 等《金属增材制造在火箭动力与结构系统中的集成应用与研究进展》、王亚娟等《增材制 造技术在航空航天领域的应用与发展》，美国 NASA 的“快速分析与制造推进技术”项 目成功制造了直径约 2m、重达 2t 的全球最大增材制造火箭喷管延伸段衬套。通过激光 能量沉积技术，NASA 打印出了直径达 1.5 米、长度为 1.8 米的镍基高温合金（NASA HR1）整体通道火箭喷管。