導(dǎo)讀：幾年前，僅僅能夠在國(guó)防和航空航天制造中，使用3D打印技術(shù)就足以具備行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這些公司悄悄地對(duì)材料和工藝進(jìn)行了認(rèn)證，并利用這些技術(shù)在平臺(tái)能力、重量或減少有效載荷等方面與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手拉開差距。

△諾斯羅普·格魯曼機(jī)械技術(shù)員Justin Eglitis，通過(guò)3D打印技術(shù)制造一個(gè)原本不可能完成的設(shè)計(jì)方案

今天，當(dāng)增3D打印技術(shù)和材料逐漸站穩(wěn)腳跟時(shí)，我們將看到國(guó)防、航空航天和太空領(lǐng)域的用例急劇增加。事實(shí)上，近十分之九的參與者表示，他們預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)的3D打印使用量至少會(huì)翻一番。2022年9月13日，美國(guó)航空航天和國(guó)防制造商諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）集團(tuán)報(bào)告稱，已在碳/碳復(fù)合材料3D打印技術(shù)上取得了重大突破。該工藝使該公司能夠大規(guī)模生產(chǎn)連續(xù)纖維增材制造復(fù)合材料，據(jù)稱這在增材制造領(lǐng)域是“史無(wú)前例的”。

△諾斯羅普·格魯?shù)南乱淮[身轟炸機(jī)

未來(lái)航空航天必不可少的先進(jìn)材料

關(guān)于碳/碳復(fù)合材料(c-c composite or carbon-carbon composite material)是碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高強(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)、摩擦性能好，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，是如今在1650℃以上應(yīng)用的少數(shù)備選材料，最高理論溫度更高達(dá)2600℃，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高溫材料之一。碳/碳復(fù)合材料由于其獨(dú)特的性能，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及其喉襯、航天飛機(jī)的端頭帽和機(jī)翼前緣的熱防護(hù)系統(tǒng)、飛機(jī)剎車盤等。

諾斯羅普·格魯曼武器系統(tǒng)公司副總裁兼總經(jīng)理Dan Olson說(shuō)：“我們正在開創(chuàng)一種快速、免工具的制造工藝，用于制造航空級(jí)連續(xù)纖維集成復(fù)合結(jié)構(gòu)，制造業(yè)的這種進(jìn)步將比傳統(tǒng)方法更快地為戰(zhàn)場(chǎng)帶來(lái)能力，并確保我們的部隊(duì)，擁有最新技術(shù)和先進(jìn)武器，來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有和未來(lái)的武裝威脅。”

△SCRAM系統(tǒng)打印復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)管道 

新工藝SCRAM更具成本和時(shí)間優(yōu)勢(shì)

該小組開發(fā)的技術(shù)，被稱為可擴(kuò)展復(fù)合增材制造（SCRAM）。這是真正的六軸連續(xù)纖維工業(yè)3D打印設(shè)備，專為生產(chǎn)集成復(fù)合結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)。然后，這些結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)專有的制造工藝并轉(zhuǎn)化為碳/碳結(jié)構(gòu)，為滿足需要復(fù)雜、近凈形狀耐高溫材料的設(shè)計(jì)需求。因此，該公司需要這些復(fù)雜的耐熱形狀來(lái)制造高超音速和其它高速武器。該小組已經(jīng)利用SCRAM獲得了多項(xiàng)專利。這項(xiàng)技術(shù)省去了很長(zhǎng)的工作步驟，包括復(fù)合材料的原位固化。該公司說(shuō)，這 "極大地改變了高溫復(fù)合的成本模式"。

△該公司開發(fā)的國(guó)防無(wú)人機(jī)MQ-4C Triton

此外，雖然以前的碳/碳制造技術(shù)是需要大量的人力和物理，但SCRAM工藝使用過(guò)程自動(dòng)化，將成本和生產(chǎn)時(shí)間降低了多達(dá)50%。此外，過(guò)程自動(dòng)化為生產(chǎn)的組件的質(zhì)量一致性提供了可衡量的改進(jìn)。它們最近與白宮政府一起實(shí)施了AM Forward計(jì)劃，并表示：“3D打印可極大提高航空航天制造商的靈活性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鑄造和鍛造工藝通常是資源密集型和時(shí)間密集型的。而它是尖端的生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)美國(guó)的全球競(jìng)爭(zhēng)力和制造業(yè)彈性至關(guān)重要。”

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