几年前，仅仅能够在国防和航空航天制造中，使用3D打印技术就足以具备行业竞争优势。这些公司悄悄地对材料和工艺进行了认证，并利用这些技术在平台能力、重量或减少有效载荷等方面与竞争对手拉开差距。
 

 

诺斯罗普·格鲁曼机械技术员Justin Eglitis，通过3D打印技术制造一个原本不可能完成的设计方案
 

　　今天，当3D打印技术和材料逐渐成熟时，我们将看到国防、航空航天和太空领域的用例急剧增加。事实上，近十分之九的参与者表示，他们预计未来几年内的3D打印使用量至少会翻一番。

 

　　2022年9月13日，美国航空航天和国防制造商诺斯罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）集团报告称，已在碳/碳复合材料3D打印技术上取得了重大突破。该工艺使该公司能够大规模生产连续纤维增材制造复合材料，据称这在增材制造领域是“史无前例的”。
 

 

诺斯罗普·格鲁的下一代隐身轰炸机
 

　　未来航空航天必不可少的先进材料
 

　　关于碳/碳复合材料(c-c composite or carbon-carbon composite material)是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。

 

　　碳/碳复合材料由于其独特的性能，已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域，如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘等。

 

　　诺斯罗普·格鲁曼武器系统公司副总裁兼总经理Dan Olson说：“我们正在开创一种快速、免工具的制造工艺，用于制造航空级连续纤维集成复合结构，制造业的这种进步将比传统方法更快地为战场带来能力，并确保我们的部队，拥有最新技术和先进武器，来应对现有和未来的武装威胁。”

 

SCRAM系统打印复合发动机管道
 

　　新工艺SCRAM更具成本和时间优势
 

　　该小组开发的技术，被称为可扩展复合增材制造（SCRAM）。这是真正的六轴连续纤维工业3D打印设备，专为生产集成复合结构而设计。然后，这些结构经过专有的制造工艺并转化为碳/碳结构，为满足需要复杂、近净形状耐高温材料的设计需求。因此，该公司需要这些复杂的耐热形状来制造高超音速和其它高速武器。

 

　　该小组已经利用SCRAM获得了多项专利。这项技术省去了很长的工作步骤，包括复合材料的原位固化。该公司说，这 "极大地改变了高温复合的成本模式"。

 

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该公司开发的国防无人机MQ-4C Triton
 

　　此外，虽然以前的碳/碳制造技术是需要大量的人力和物理，但SCRAM工艺使用过程自动化，将成本和生产时间降低了多达50%。此外，过程自动化为生产的组件的质量一致性提供了可衡量的改进。

 

　　它们最近与白宫政府一起实施了AM Forward计划，并表示：“3D打印可极大提高航空航天制造商的灵活性，因为传统的铸造和锻造工艺通常是资源密集型和时间密集型的。而它是尖端的生产技术，对美国的全球竞争力和制造业弹性至关重要。”