AOA Xinetics推出全球首個3D打印航空航天用碳化硅光學(xué)元件

2025年9月17日，南極熊獲悉，諾斯羅普·格魯曼公司AOA Xinetics部門開發(fā)了CERAPRINT，這是一種專有的增材制造工藝（基于Desktop Metal X系列粘合劑噴射系統(tǒng)），可實現(xiàn)碳化硅光學(xué)元件的3D打印。這項技術(shù)進(jìn)步已促成首個在太空飛行的3D打印碳化硅光學(xué)元件的誕生，這對于制造和任務(wù)可靠性而言都是一個歷史性的里程碑。

這一突破標(biāo)志著高能激光系統(tǒng)和空間光學(xué)器件制造和部署方式的范式轉(zhuǎn)變。諾斯羅普·格魯曼公司將精密工程、卓越材料和成本效益融為一體，為未來先進(jìn)國防系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

AOA Xinetics 在國防創(chuàng)新中的應(yīng)用

AOA Xinetics（通常簡稱為AOX）在自適應(yīng)光學(xué)和高精度光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域享有盛譽。長期以來，該公司一直為要求最高可靠性和性能的國家安全任務(wù)提供支持。隨著CERAPRINT的推出，AOX正在超越傳統(tǒng)的光學(xué)工程，邁入一個新時代，在這個新時代，復(fù)雜的設(shè)計可以更快、更經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)，并具有前所未有的靈活性。

碳化硅是一種由硅和碳結(jié)合而成的硬質(zhì)陶瓷材料，具有卓越的強度、耐久性和耐熱性，獨特的結(jié)構(gòu)使其在高應(yīng)力環(huán)境下??保持極高的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)光學(xué)材料不同，碳化硅即使在極端溫度波動或機(jī)械應(yīng)力下也能保持可預(yù)測且均勻的性能，成為太空任務(wù)和定向能系統(tǒng)的理想選擇。

AOA Xinetics 開發(fā)了可定制用于光學(xué)應(yīng)用的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅 (SiC)。SiC材料可進(jìn)行高精度拋光，重量輕，并且已獲得關(guān)鍵國家安全任務(wù)的認(rèn)證。材料的穩(wěn)定性確保在一些極其惡劣的環(huán)境下也能可靠運行。

CERAPRINT工藝

CERAPRINT 是諾斯羅普·格魯曼公司基于 Desktop Metal X 系列粘合劑噴射技術(shù)，采用增材制造技術(shù)制造 SiC 光學(xué)元件的專有方法。CERAPRINT 摒棄了勞動密集型的傳統(tǒng)工藝，降低了復(fù)雜性，使工程師能夠?qū)⑻蓟杞M件直接打印成高度復(fù)雜的幾何形狀。這種工藝提供了無與倫比的設(shè)計自由度，使創(chuàng)建原本成本過高或無法制造的形狀和配置成為可能。

CERAPRINT 還提高了整個生產(chǎn)周期的效率。過去需要數(shù)月才能開發(fā)的原型，現(xiàn)在只需幾天即可完成，成品組件的交付時間也大幅縮短。除了生產(chǎn)速度的提升，成本也顯著降低，與傳統(tǒng)方法相比，成本通常可降低 70%。快速開發(fā)、更低的成本和卓越的性能，正是這項技術(shù)被譽為變革性技術(shù)的原因。

太空中首個 3D 打印 SiC 光學(xué)元件

CERAPRINT 工藝已證明具備實際應(yīng)用條件。諾斯羅普·格魯曼公司成功生產(chǎn)了首款經(jīng)認(rèn)證可用于太空并投入使用的 3D 打印碳化硅光學(xué)元件。這一成就意義重大，因為太空環(huán)境要求絕對的可靠性。為了滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，測試光學(xué)元件達(dá)到了技術(shù)成熟度 9 級，這是確認(rèn)系統(tǒng)運行成熟度的最高級別。

通過達(dá)到 TRL 9，諾斯羅普·格魯曼公司證明 3D 打印 SiC 光學(xué)器件不僅僅是一個實驗概念，而是一種經(jīng)過飛行驗證的技術(shù)，能夠應(yīng)對軌道任務(wù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

高能激光系統(tǒng)高度依賴光學(xué)元件的精度和耐用性。將 3D 打印 SiC 光學(xué)元件集成到這些系統(tǒng)中，帶來了諸多關(guān)鍵優(yōu)勢。碳化硅的機(jī)械穩(wěn)定性確保即使在長時間高功率運行下，也能以卓越的精度輸出激光束。此外，SiC 光學(xué)元件還具備耐受極端溫度的能力，因此成為高能激光應(yīng)用的自然之選，因為在這些應(yīng)用中，熱量管理始終是一項挑戰(zhàn)。

或許最重要的是，CERAPRINT技術(shù)支持HEL系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。憑借更低的制造成本和更快的生產(chǎn)周期，國防組織可以更輕松地在多個平臺上擴(kuò)展定向能技術(shù)的使用。這種可擴(kuò)展性至關(guān)重要，因為軍隊希望將HEL系統(tǒng)部署到各種任務(wù)中，包括導(dǎo)彈防御、反無人機(jī)作戰(zhàn)和下一代戰(zhàn)場能力。

AOX CERAPRINT SiC的材料優(yōu)勢

通過 CERAPRINT? 生產(chǎn)的碳化硅除了機(jī)械強度之外，還具有一系列優(yōu)勢。組件的低熱膨脹系數(shù)意味著它可以承受較大的溫度變化而不變形，而高導(dǎo)熱性則確保熱量得到有效管理。這些特性在太空環(huán)境和定向能應(yīng)用中尤為重要，因為這些應(yīng)用對精度要求不高。

此外，碳化硅的低孔隙率和可預(yù)測的均勻性使其在多次生產(chǎn)過程中具有可重復(fù)的性能，電氣特性適用于帶電環(huán)境，從而進(jìn)一步增強了作為先進(jìn)國防和航空航天系統(tǒng)首選材料的多功能性。

3D打印碳化硅光學(xué)器件的成功部署對國防、太空探索乃至商業(yè)產(chǎn)業(yè)的未來都具有深遠(yuǎn)的影響。在軍事應(yīng)用中，能夠以更低的成本和更短的工期批量生產(chǎn)高性能光學(xué)器件，將使先進(jìn)的高能激光系統(tǒng)能夠在多個領(lǐng)域更快地部署。定向能武器預(yù)計將在未來戰(zhàn)場上發(fā)揮關(guān)鍵作用，而可擴(kuò)展的光學(xué)器件是實現(xiàn)這一愿景的關(guān)鍵因素。3D打印碳化硅光學(xué)器件為更復(fù)雜、更輕便、更具彈性的光學(xué)系統(tǒng)打開了大門。從衛(wèi)星、望遠(yuǎn)鏡到深空任務(wù)，能夠快速且經(jīng)濟(jì)地制造的高性能光學(xué)器件的潛力可能會徹底改變?nèi)蝿?wù)的設(shè)計方式。

隨著時間的推移，商業(yè)用途也可能逐漸顯現(xiàn)，尤其是在需要高強度、熱穩(wěn)定性光學(xué)元件的行業(yè)。諸如電信、科研和先進(jìn)制造等領(lǐng)域，均可受益于諾斯羅普·格魯曼公司 CERAPRINT SiC 光學(xué)元件的精度和耐用性。