从空间站结构猜想电弧增材逐步替代焊接的可能

在加利福尼亚Vast公司总部，工程师们正在完成Haven-1空间站主结构的最后焊接工序。

这是近几十年来首次在美国本土完成空间站主结构的制造，标志着美国航天制造业的本土化发展。

Haven-1空间站的设计理念充分体现了新一代商业航天的特点。

这座计划于2025年搭乘SpaceX猎鹰9号火箭发射的空间站，将为4名宇航员提供舒适的太空居所，同时配备10个载荷槽位支持微重力科学实验。

目前，Haven-1主结构正在进行最后阶段的焊接工作。在航天制造领域，焊接质量的控制极其严格。

每一道焊缝都关系到空间站在发射过程和太空运行中的结构完整性。

完工后，这个主结构将被运往莫哈维航空航天港，进行压力测试和动态载荷测试，以验证其能否承受发射过程中的极端压力和太空环境中的运行载荷。

然而，随着金属增材制造技术的快速发展，看到图集中的结构，业界开始思考能否用更先进的制造方式来制造空间站结构。

其中，定向能量沉积（DED）技术，尤其对于这种大件，电弧增材制造（WAAM）技术展现出了巨大的潜力。

WAAM技术则采用电弧作为热源，使用金属丝材作为原材料，具有较高的沉积效率和相对较低的成本优势。

从技术潜力来看，增材制造技术可以大幅减少结构件的焊接接头数量，降低装配工序的复杂度。

其次，增材制造具有设计自由度大的优势，能够实现结构的拓扑优化，有望在保证强度的同时实现减重效果。

但目前WAAM的工艺自动化程度还有待提升，工艺的精确控制有限带来的一系列质量、检测、材料性能的离散比传统焊接造这类大件更为显著，未来随着AI赋能下WAAM自动化程度提高，有望能够生产图集中的结构。

从工程实践角度来看，增材制造技术完全替代传统焊接工艺制造空间站主结构的时机还不成熟。

当然从技术本质来说，WAAM和焊接本来也不必分开。

我们从公开信息尚不可知VAST的具体焊接技术到底是弧焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、激光焊抑或是冷焊。在全球范围内，其分别对应的机器人+增材“堆焊”都有对应的解决方案。

从本质上说，AM易道坚信，只要是焊接能制造出来的结构，DED都有可能覆盖，无非最终演进是一个筛选和渗透的过程。

在业界努力提升DED工艺和质量水平的当下，对于这类重要的大型结构来说，更现实的技术路线是采用渐进混合制造策略，可先在非承力结构件上开展增材制造试点，逐步积累工程应用数据和使用经验。