AOA Xinetics推出全球首个3D打印航空航天用碳化硅光学元件

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2025年9月17日，诺斯罗普·格鲁曼公司AOA Xinetics部门开发了CERAPRINT，这是一种专有的增材制造工艺（基于Desktop Metal X系列粘合剂喷射系统），可实现碳化硅光学元件的3D打印。这项技术进步已促成首个在太空飞行的3D打印碳化硅光学元件的诞生，这对于制造和任务可靠性而言都是一个历史性的里程碑。

这一突破标志着高能激光系统和空间光学器件制造和部署方式的范式转变。诺斯罗普·格鲁曼公司将精密工程、卓越材料和成本效益融为一体，为未来先进国防系统奠定了基础。

AOA Xinetics 在国防创新中的应用

AOA Xinetics（通常简称为AOX）在自适应光学和高精度光学系统领域享有盛誉。长期以来，该公司一直为要求最高可靠性和性能的国家安全任务提供支持。随着CERAPRINT的推出，AOX正在超越传统的光学工程，迈入一个新时代，在这个新时代，复杂的设计可以更快、更经济地实现，并具有前所未有的灵活性。

碳化硅是一种由硅和碳结合而成的硬质陶瓷材料，具有卓越的强度、耐久性和耐热性，独特的结构使其在高应力环境下保持极高的稳定性。与传统光学材料不同，碳化硅即使在极端温度波动或机械应力下也能保持可预测且均匀的性能，成为太空任务和定向能系统的理想选择。

AOA Xinetics 开发了可定制用于光学应用的反应烧结碳化硅 (SiC)。SiC材料可进行高精度抛光，重量轻，并且已获得关键国家安全任务的认证。材料的稳定性确保在一些极其恶劣的环境下也能可靠运行。

CERAPRINT工艺

CERAPRINT 是诺斯罗普·格鲁曼公司基于 Desktop Metal X 系列粘合剂喷射技术，采用增材制造技术制造 SiC 光学元件的专有方法。CERAPRINT 摒弃了劳动密集型的传统工艺，降低了复杂性，使工程师能够将碳化硅组件直接打印成高度复杂的几何形状。这种工艺提供了无与伦比的设计自由度，使创建原本成本过高或无法制造的形状和配置成为可能。

CERAPRINT 还提高了整个生产周期的效率。过去需要数月才能开发的原型，现在只需几天即可完成，成品组件的交付时间也大幅缩短。除了生产速度的提升，成本也显著降低，与传统方法相比，成本通常可降低 70%。快速开发、更低的成本和卓越的性能，正是这项技术被誉为变革性技术的原因。

太空中首个 3D 打印 SiC 光学元件

CERAPRINT 工艺已证明具备实际应用条件。诺斯罗普·格鲁曼公司成功生产了首款经认证可用于太空并投入使用的 3D 打印碳化硅光学元件。这一成就意义重大，因为太空环境要求绝对的可靠性。为了满足这些标准，测试光学元件达到了技术成熟度 9 级，这是确认系统运行成熟度的最高级别。

通过达到 TRL 9，诺斯罗普·格鲁曼公司证明 3D 打印 SiC 光学器件不仅仅是一个实验概念，而是一种经过飞行验证的技术，能够应对轨道任务的严峻挑战。

高能激光系统高度依赖光学元件的精度和耐用性。将 3D 打印 SiC 光学元件集成到这些系统中，带来了诸多关键优势。碳化硅的机械稳定性确保即使在长时间高功率运行下，也能以卓越的精度输出激光束。此外，SiC 光学元件还具备耐受极端温度的能力，因此成为高能激光应用的自然之选，因为在这些应用中，热量管理始终是一项挑战。

或许最重要的是，CERAPRINT技术支持HEL系统的可扩展性。凭借更低的制造成本和更快的生产周期，国防组织可以更轻松地在多个平台上扩展定向能技术的使用。这种可扩展性至关重要，因为军队希望将HEL系统部署到各种任务中，包括导弹防御、反无人机作战和下一代战场能力。

AOX CERAPRINT SiC的材料优势

通过 CERAPRINT™ 生产的碳化硅除了机械强度之外，还具有一系列优势。组件的低热膨胀系数意味着它可以承受较大的温度变化而不变形，而高导热性则确保热量得到有效管理。这些特性在太空环境和定向能应用中尤为重要，因为这些应用对精度要求不高。

此外，碳化硅的低孔隙率和可预测的均匀性使其在多次生产过程中具有可重复的性能，电气特性适用于带电环境，从而进一步增强了作为先进国防和航空航天系统首选材料的多功能性。3D打印碳化硅光学器件的成功部署对国防、太空探索乃至商业产业的未来都具有深远的影响。在军事应用中，能够以更低的成本和更短的工期批量生产高性能光学器件，将使先进的高能激光系统能够在多个领域更快地部署。定向能武器预计将在未来战场上发挥关键作用，而可扩展的光学器件是实现这一愿景的关键因素。3D打印碳化硅光学器件为更复杂、更轻便、更具弹性的光学系统打开了大门。从卫星、望远镜到深空任务，能够快速且经济地制造的高性能光学器件的潜力可能会彻底改变任务的设计方式。

随着时间的推移，商业用途也可能逐渐显现，尤其是在需要高强度、热稳定性光学元件的行业。诸如电信、科研和先进制造等领域，均可受益于诺斯罗普·格鲁曼公司 CERAPRINT SiC 光学元件的精度和耐用性。