成本和效率一直是航天行業發展的痛點。商業航天的意義在于為市場快速提供安全、極低成本的火箭，讓大量組織和個人用得起太空運輸服務。降低航天制造成本的一項關鍵技術，就是3D打印。通過3D打印，火箭研發節奏將大大加快。而零部件批量供應能力，也必須打造垂直的生產模式，有效控制成本，才能將零部件批量供應效率快速提高。

成立于2021年3月的「太瀚航天」，致力于研制液體推進劑運載火箭系列產品，提供高性價比的火箭發射與運輸服務。圍繞3D打印技術，太瀚航天建立火箭零部件全產業鏈生產線，實現快速迭代研發模式，目標是在嚴控成本的前提下實現快速安全入軌。

運載火箭規劃參數，圖片來源：太瀚航天

3D打印發動機

太瀚團隊擁有火箭制造、3D打印、材料科學、IT等方面的背景。為將成本壓縮到極致，太瀚計劃將火箭超過90%的零部件在太瀚工廠由原材料直接3D打印為成品。通過新技術和垂直整合商業模式，太瀚的目標是將火箭采購成本控制在行業平均水平的五分之一以內。

運載發展，動力先行，火箭發動機技術是火箭公司的核心技術。

太瀚正在開發小蟻液體火箭發動機，以液態氧和煤油作為推進劑。使用高壓補燃循環技術提高發動機性能，架構先進，性能指標高于商業航天普遍使用的燃氣發生器循環技術，和國家隊主力火箭發動機性能相當。該款發動機V1目前推力為海平面20噸，正式投入使用時V2版優化為30噸，并計劃在下一代巨蟻發動機將海平面推力提升至200噸。

小蟻發動機所有部件均采用3D打印，在30天時間內可完成一臺發動機的制造，從而大大加快了開發和測試周期。通過3D打印技術，小蟻發動機的零部件比傳統技術制造的發動機要少很多，且簡單易安裝，易于做結構優化。

小蟻規劃參數，圖片來源：太瀚航天

3D打印機

根據火箭發動機對3D打印的特殊要求，太瀚3D打印團隊設計和制造了專屬的金屬3D打印機S480，并開發了配套的3D打印軟件和3D打印工藝。目前已在西安建立3D打印機生產線，正在進行3D打印機的整機調試。除S480外，太瀚也在研發打印火箭箭體的W450火箭3D打印機。該打印機使用自研的軟件、工藝及特殊合金，打印的箭體能夠滿足火箭發射要求。太瀚上海工廠正在建立火箭制造生產線，使用該3D打印機，一枚完整的火箭箭體將會在3個月內完成制造。

太瀚計劃第一次發射試驗將在公司成立后的兩年內完成，然后通過快速迭代方式達到快速入軌。減少火箭在實驗室測試的時間，通過真實的飛行測試獲取數據、改進優化。太瀚計劃在亞軌道驗證3D打印的火箭發動機、3D打印的火箭箭體結構、伺服機構、慣組、可回收控制系統等產品。根據規劃，第一個3D打印的發動機部件是預燃室，第一個3D打印的箭體結構是火箭第二級箱間段。除火箭箭體和火箭發動機外，火箭主要零部件包括慣導組件、伺服機構、傳感器、工業化的飛行控制系統等的研發也在有序開展中。

同時，太瀚正在建設在線金屬3D打印商城，將金屬3D打印服務的價格透明化、親民化，助力3D打印技術在各行業的落地應用。未來人類建立月球和火星基地時，3D打印技術很有可能是一種很有用的建造工具。

采用3D打印技術與垂直商業模式，能夠大大減少火箭制造成本。對于火箭和3D打印業務的研發與工廠投入，太瀚預估前期需總投入約6億元后，于2024年火箭成功入軌。2023年依靠3D打印服務可提前獲得營業收入。

首款火箭與未來規劃

飛天是太瀚的第一款火箭型號，第一級集成9臺小蟻發動機，第二級則使用1臺小蟻真空版。該火箭具有270噸起飛推力，可提供4噸LEO載荷運力。基于3D打印技術和垂直商業模式，一枚新的飛天火箭的采購成本預計可控制到1000萬人民幣級別。再結合可回收技術，每發火箭的采購部分成本將更低。

具有入軌能力是太瀚成功實施后續計劃的第一步。太瀚通過技術創新研發關鍵設備，自建火箭全產業鏈（設計、制造、測試、發射）工業自動化生產線，大幅降低成本、縮短周期。太瀚主張快速迭代研發，通過有計劃的多輪測試與試錯，將研發周期、性能、安全性向極致靠攏。通過液體推進劑運載火箭，提高極具性價比的小型專箭運載服務、大型拼箭運載服務。

未來，太瀚將建造更大推力的發動機和承載更大載荷的火箭，并建造載貨和載人飛船，為空間站貨運、太空旅游、太空酒店、太空加油站、月球基地和火星基地的建造提供運輸服務，提供穩定安全、價格親民的太空運載服務。太瀚計劃于2023年打造出能進行亞軌道驗證的火箭和發動機。

行業現狀

在全球商業航天行業，幾乎所有的初創公司都在思考或探索3D金屬打印技術。3D打印有助于減輕火箭重量，因為生產復雜結構所需的螺母、螺栓和焊接更少。且當發動機發生RUD（快速計劃外解體）故障時，工程師僅需要幾天的時間就可以重新修復建模，再次進行測試。

以商業航天的領頭羊SpaceX為例，SpaceX早在2014年就首次在Dragon 3飛機上使用 3D 打印部件，他們第一個3D打印部件是火箭發動機的主氧化劑閥。該閥門如果是手動制造安裝，需要花超過2個星期的時間。通過3D打印技術，SpaceX只用了2天時間就制造出了該閥門。SpaceX Genius 3D現在也成為SpaceX快速制造的核心工具。為SpaceX提供金屬3D打印機的廠商Velo3D，于2021年3月在紐交所實現上市。

除了SpaceX外，新西蘭的火箭實驗室（Rocket Lab），美國的相對論空間（Relativity Space）和Launcher，英國的Skyrora和Orbex在3D打印方面也受到了業內的廣泛關注。2017年，火箭實驗室就已成功發射裝載3D打印發動機的火箭，并在2019年7月達成100臺3D打印發動機的制造里程碑。相對論空間的思路更加前衛，公司希望直接通過3D打印完整的火箭，不需要任何人為的組裝。Orbex的目標則是最早在2022年發射使用3D打印引擎的火箭。

除了商業航天的玩家外，許多國有航天部門和單位也在積極發展3D打印技術。其主要原因是大型火箭的制造零件尤其繁多，如果能通過3D打印減少工序，將極大提高火箭的制造效率。在1969年，美國登月使用的土星5號(Saturn V) F-1發動機有5600個制造零件，而到使用3D打印技術重新設計的阿波羅F-1發動機，制造零件已經減少到40個。

中國方面，在2000年前后，航天科技集團六院7103廠已經開始布局3D打印技術，并引進激光選區燒結（SLS）裝備及技術，用于我國新一代液氧煤油火箭發動機的快速研制。2016年長征五號首飛成功，7103廠的3D打印產品隨長五亮相太空。截至目前，3D打印技術已經在7103廠40多個型號240余種典型產品中得到使用，產品先后成功參與50余次發射和飛行試驗。

相對論空間的Stargate 3D打印機，圖片來源：Relativity Space