周末来看看美军工巨头的增材制造的深度分享。AM易道本文编译自3DPrintingIndustry ，不代表AM易道的观点或建议。信息量很大，建议读者仔细阅读。

　　诺斯罗普·格鲁曼公司正在将增材制造整合到其空间系统中，以减少交货时间、降低成本，并提升认证零件的设计灵活性。

　　在最近的增材制造航空航天优势（AMAA）2025会议上，安德鲁·汤普森透露，诺斯罗普每年3D打印数十万个零件。

　　这家全球航空航天、空间和防务制造商正积极从原型制造转向生产最终用途、飞行就绪的组件。

　　汤普森领导诺斯罗普·格鲁曼的增材制造卓越中心（CoE），谈到了公司的专有连续复合3D打印技术。他还强调了尖端的3D打印射频天线，这些天线提升了在轨卫星的性能。

　　诺斯罗普的增材制造专家解释说，与传统锻造和铸造方法相比，3D打印可将某些组件的交货时间减少高达90%。这家总部位于弗吉尼亚的公司还实现了显著的成本节省，整体高达70%，而对于拓扑优化的蜂窝面板，节省幅度高达90%。

　　诺斯罗普使用电子束熔化（EBM）、激光粉末床熔融（LPBF）、定向能量沉积（DED）、线弧增材制造（WAAM）、选择性激光烧结（SLS）及其可扩展复合机器人增材制造碳/碳（SCRAM C/C）技术来制造金属和复合材料零件。

　　在他的演讲中，汤普森强调，如果最终零件无法增加价值或无法获得认证，那么先进的3D打印机和新型材料将毫无意义。

　　因此，他认为核心挑战在于设计、测试和检测，并指出：如果你没有这些东西，你就无法制造产品。

　　汤普森指出，质量控制仍占每个3D打印零件成本的近一半。他补充说，开发用于航天飞行的材料许用值可能需要长达18个月，并耗费数百万美元。

　　从其在马里兰州埃尔克顿的设施出发，诺斯罗普的增材制造卓越中心正致力于应对这些挑战，并帮助塑造3D打印在空间应用中的未来。

　　诺斯罗普·格鲁曼在增材制造领域拥有悠久历史，最早于1990年代采用该技术用于塑料工具应用。

　　如今，这家美国航空航天公司利用金属和聚合物3D打印来生产卫星、运载火箭、有效载荷、高超声速系统、导弹防御和地面系统的最终用途零件。

　　诺斯罗普针对空间系统的增材制造战略分为三个不同类别：小型金属零件、大型金属零件和复合材料。该公司内部进行工程设计，并将生产外包给小型企业和创新供应商，汤普森解释道。我们不仅利用积累的知识，还在支持供应链基础。

　　对于小型金属零件，诺斯罗普采用激光粉末床熔融（LPBF）和电子束熔化（EBM）。

　　钛合金是该公司EBM的主力原材料，主要用于生产空间结构和子系统。该公司于2017年对该材料进行了认证，诺斯罗普于2019年首次飞行其钛合金3D打印零件。

　　汤普森强调了钛合金EBM增材制造带来的设计自由度和时间节省。他举例说明一个零件原本需要200天的交货时间。

　　通过使用拓扑优化重新设计以适应增材制造后，它仅用几周时间就完成了3D打印和交付。转向3D打印还使诺斯罗普克服了传统制造方法无法解决的设计挑战。

　　铝合金，特别是AlSi10Mg，也是关键焦点，专门使用LPBF技术进行3D打印。

　　未来，诺斯罗普将转向使用CP1，这是一种由Constellium专门为金属增材制造开发的铝合金。CP1的电导率和热导率翻倍，在结构和热应用中具有潜力。

　　钴镍合金也用于小型金属领域的高温应用。同样使用LPBF生产，这些材料非常适合需要严格控制热膨胀的有效载荷和航天器环境。

　　铜是另一种备受关注的材料，因其热性能而受到重视。诺斯罗普正与圣地亚哥初创公司Fabric8Labs密切合作，该公司以高分辨率铜3D打印用于电子和热应用而闻名。

　　在大型金属领域，使用传统方法采购锻造环和芯轴可能需要12至24个月。为加速采购，诺斯罗普转向大规模金属3D打印。这包括线材定向能量沉积（DED）、粉末DED、线弧增材制造（WAAM）、激光线增材制造和搅拌摩擦增材沉积（AFSD）。

　　第一种是Ti-6Al-4V，该公司在其AFSD、线材送料和粉末送料工艺中广泛使用。其次是铝合金。

　　诺斯罗普优先使用7050和7075铝合金用于AFSD，同时激光线材开发也在进行中。钛和铝材料均用于3D打印运载火箭、空间飞行器、发动机和有效载荷产品。

　　第三，钢材主要用于WAAM和DED工具应用。汤普森指出，这在生产金属芯轴时特别有利，这些芯轴在加工过程中固定工件。

　　诺斯罗普的内部SCRAM C/C技术是其聚合物和复合材料3D打印战略的核心。该系统利用带有可互换工具头的机械臂。它利用连续纤维增强热塑性材料生产高温复合材料部件。

　　重要的是，SCRAM C/C可以3D打印耐高温材料，这些材料在极端环境下不会侵蚀、熔化或变形。

　　这些聚合物零件也比金属更轻，减少了高超声速系统的重量并提升了性能。它的设计选项几乎是无限的，汤普森解释道，他称SCRAM C/C为复合结构的一站式工厂。

　　诺斯罗普正使用SCRAM C/C为空间应用3D打印复杂的高强度结构，实现了汤普森所说的一些相当疯狂的设计。

　　在一个案例中，单一打印作业使用了三个打印头模块。一个模块3D打印了连续纤维表皮的坚韧外层，另一个构建了轻质蜂窝芯，第三个创建了水溶性支撑工具，从而一次性生产出整个复合材料部件。

　　汤普森的公司还在探索先进聚合物材料，包括ESD安全热塑性材料，如来自3D打印机制造商Stratasys的ESD PEEK和Antero PEKK。

　　我们开始重新思考塑料如何在航天器中使用，汤普森说。他指出，这些材料特性此前因注塑成型在高混合、低产量生产中的局限性而受到限制。

　　汤普森透露，诺斯罗普的增材制造业务正日益瞄准高价值的最终用途结构产品。这些产品包括DED打印的推进剂储罐、LPBF射频天线和推进器、AFSD制造的大型锻件以及使用SCRAM C/C 3D打印的固体火箭发动机（SRM）喷嘴。

　　我希望停止生产为项目节省5000美元的支架，转而生产为项目节省50万美元的储罐，诺斯罗普的增材制造专家说。

　　一个航天器推进剂储罐最初设计为演示部件，在早期结果前景良好后，已推进到全尺寸性能测试。这个大型部件使用送粉DED技术，从Ti-6Al-4V材料中单件3D打印而成。

　　汤普森解释说，这种方法避免了与传统锻件和铸件相关的供应链问题，硬点和馈线直接嵌入储罐的几何结构中。对于此应用，增材制造将交货时间减少了50%，成本降低了30%。

　　该项目使用了由America Makes和波音通过GAMAT计划开发的材料认证数据集。汤普森补充说，这项工作推动了认证整体式压力容器用于飞行的边界，特别是在满足非破坏性评估（NDE）标准方面。

　　这些轻质结构将薄外层与蜂窝状芯材配对。这种组合在最小重量下提供高强度和刚度，使其成为卫星底盘、外壳和天线结构的理想选择。

　　诺斯罗普的面板目前使用AlSi10Mg进行3D打印，公司计划将生产转向更高性能的CP1铝合金，采用LPBF技术。汤普森透露，3D打印这些面板可实现90%的成本降低，并带来10%的刚度增益或15%的质量减少。

　　在射频（RF）领域，诺斯罗普已推出3D打印的RF天线馈线链，这些组件目前在轨道上运行，执行任务。这些卫星组件是与RF系统供应商SWISSto12合作，使用AlSi10Mg和LPBF技术生产的。

　　这些飞行就绪组件在GEOStar-3商业卫星计划下交付，减少了尺寸、重量和功率需求，同时提升了在轨性能。诺斯罗普于2024年1月完成了馈线链的认证，并考虑未来使用CP1来3D打印额外的卫星硬件。

　　大型锻造工具，如火箭发动机壳体和喷嘴的芯轴，在诺斯罗普也通过增材制造获得显著收益。大型线D打印减少了长交货时间，并实现了比传统方法更复杂的设计，从而加速了产品开发。

　　汤普森承认了持续的障碍，包括非重复性工程的高成本和复杂性，以及DED与LPBF相比自动化水平较低。但他仍然坚信，设计灵活性的提升和供应链脆弱性的降低，超过了技术困难和初始投资。

　　为确保项目间的一致性，诺斯罗普创建了一个定制的内部增材制造认证框架，称为SPAMRS（空间增材制造要求标准）。它借鉴了NASA-STD-6030、AWS D20.1、MMPDS和关键AMS规范，并已定制以满足这家弗吉尼亚州航空航天制造商的需求。

　　这不是一刀切的解决方案，汤普森说。SPAMRS使我们有灵活性来定制认证流程，以适应我们试图支持的产品。这个专有框架旨在减少冗余测试，并促进在诺斯罗普不同飞行计划中的采用。

　　然而，汤普森指出，这并未消除与航空航天增材制造相关的数据负担。生成材料数据和试样是一个缓慢且昂贵的过程，通常需要18个月并耗费数百万美元。

　　随着增材设计变得更加复杂，检测是另一个日益关注的领域。据汤普森称，非破坏性评估技术往往落后于它们需要验证的几何形状。一般来说，质量在当今增材零件中约占零件成本的一半，汤普森透露。

　　空间应用的增材制造仍专注于高混合、低产量生产，这对标准化提出了挑战。汤普森确定了行业仍需克服的四大障碍：增材制造设计（DfAM）、不一致的客户要求、孤立的材料数据库以及独特的供应商流程。

　　诺斯罗普通过发布非竞争性材料数据并倡导更大的供应商互操作性，试图遏制行业碎片化。我们希望行业普及，汤普森说，同时承认迫切需要统一标准和要求。

　　汤普森个人领导了其中一些努力，目前担任America Makes行业咨询小组（RMAG）的主席。这个由行业主导的组织帮助塑造America Makes的方向和战略。它每两周开会一小时，为加速增材制造采用和加强美国制造业竞争力提供指导。

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