将碳纤维3D打印带入巨额资金涌入的高超音速飞行器，三大材料齐发力

时间：2023-02-06 09:15 来源：3D科学谷作者：admin 阅读：次

美国正处于高超音速军备加速跑的状态，以五倍或更多音速行驶的飞行器可能会改变战争。几个小时后，通过高超音速飞行器，一个监视平台或有效载荷就可以放置在地球上的任何地方。根据3D科学谷的了解，实现该技术的关键是极高性能形状和材料所需的优化和减轻重量的结构。这就是 3D 打印的用武之地。

航空疲劳与结构完整性国际委员会
© Northrop Grumman

可扩展的增材制造技术

高超音速滑翔飞行器可以超越敌方防御雷达和反应。更大的高超音速导弹将具有全球影响力，而无需在地平线上以大弧线飞行。在不让敌人警惕的情况下，这些武器可以实现先发制人的用途，在军备竞赛领域，超音速技术是新的制高点。

Northrop Grumman-诺斯洛普·格鲁门公司（简称诺格）开发了所谓的SCRAM可扩展机器人增材制造碳纤维复合材料技术，这是一种专利工艺，它依赖于具有材料挤出和自动纤维铺放 (AFP) 组合的机械臂来制造碳纤维结构高温材料。

SCRAM 和其他类似技术，例如 Impossible Objects 的技术，可以制造出比其他聚合物更耐高温的非常坚固的结构。诺格宣称节省 50% 的劳动力成本是一个显着优势，还可以提高质量。现在诺格正在将SCRAM可扩展机器人增材制造碳纤维复合材料技术设计为通过减轻重量和提高性能以及缩短生产时间来实现“高超音速霸权”的一种方式。

值得注意的是，诺格正在建立自己的技术储备，绕过该领域的供应商。一个明显的发展迹象是整个高超音速军备竞赛将导致巨额资金大量涌入国防制造领域，大量投资和工作机会将诞生于高超音速和军方领域。

三大材料齐发力

根据3D科学谷，3D打印技术以其能够快速制备具有高材料性能、异形结构、整体特性的零部件特点，在高超音速飞行器相关领域得到了愈发广泛的应用，包括3D打印在金属、陶瓷、碳纤维材料、金属陶瓷连续体等方面的应用。3D打印可能是赢得超音速竞赛的关键，金属3D打印在其中的应用空间很大，包括金属3D打印3D打印超燃冲压发动机几乎全部的零件，3D打印热混合动力发动机中防止结冰的推进剂注射器系统，结构部件等。

金属、陶瓷、碳纤维是具有“高超音速霸权”话语权地位的材料组合，随着增材制造技术在制造精度、速度、质量控制等方面不断取得新突破，在标准化鉴定认证、价值链集成方面更加统一和完善，增材制造将助力超声速飞机成为商业与制造业角逐的新高地。

到目前为止，高超音速领域的金属研发工作都集中在超级合金、金属间化合物、ODS 合金和其他极高温金属上。NASA 已经为高超音速制造新的氧弥散强化 (ODS) 合金。欧洲地平线2020也通过发起topAM 项目支持开发3D打印ODS氧化物弥散强化合金。

除了金属和碳纤维，诸如碳氧化硅（SiOC）之类的陶瓷材料可承受难以置信的温度。如果通过3D打印技术成型为复杂的几何形状，那其用途就更加特殊了。

陶瓷材料的3D打印，可能是开发未来超音速导弹和飞机的关键。由于空气的摩擦，任何交通工具表面都会变得非常炽热，如果想要制造高超声速飞行器就需要用高温陶瓷制造整个外壳。目前，没有任何材料可以承受超音速飞行过程中产生的极端热量和压力，而 3D打印陶瓷可能就是解决这个问题的方法。

(责任编辑：admin)

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