Raven太空系統(tǒng)利用微波輔助沉積3D打印技術(shù)服務(wù)航空航天和國防領(lǐng)域

2024年12月12日，南極熊獲悉，總部位于堪薩斯城的初創(chuàng)公司Raven Space Systems利用專有的微波輔助沉積 (MAD) 3D 打印技術(shù)滿足苛刻的航空航天、太空和國防應(yīng)用需求。MAD專利工藝可實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的直接墨水書寫 (DIW) 3D 打印，打印航空航天級熱固性材料和陶瓷前體復(fù)合材料組件。

使用傳統(tǒng)的烘干方法，熱固性復(fù)合材料可能需要幾天時(shí)間才能硬化或固化。RavenSpace Systems 的 MAD 技術(shù)通過在 3D 打印過程中固化材料來加速這一過程，最大限度地減少了手工勞動、工具和材料浪費(fèi)。

據(jù) Raven Space Systems 稱，MAD 技術(shù)可為 3D 打印高超音速飛行器、推進(jìn)器、再入飛行器、衛(wèi)星、飛機(jī)、導(dǎo)彈和太空火箭帶來價(jià)值。新工藝采用現(xiàn)成的航空級樹脂和填料（如玻璃或碳纖維），將其混合成專有的定制材料混合物。兼容的復(fù)合材料包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、硅樹脂、碳化硅和碳化碳。   

據(jù)報(bào)道，自 2020 年成立以來，這家初創(chuàng)公司已從美國空軍、NASA、美國國家科學(xué)基金會和小企業(yè)創(chuàng)新與研究(SBIR) 計(jì)劃籌集了約 550 萬美元。此外，最近還有一輪 200 萬美元的種子前融資，吸引了 5 位投資者的參與，包括Backswing Ventures、What If Ventures和46 Venture Capital。

Raven Space Systems 正在利用這筆資金為工業(yè)級規(guī)模的 3D 打印、混合和加工生產(chǎn)線提供資金，并計(jì)劃在2025 年第二季度開設(shè)一家經(jīng)過認(rèn)證的航空航天生產(chǎn)工廠。新工廠的面積將比目前的3,000 平方英尺的工廠大得多，將為航空航天、航天和國防客戶 3D 打印關(guān)鍵部件。        

Raven Space Systems公司還計(jì)劃在 2025 年進(jìn)行一次演示任務(wù)：將一個(gè) 3D 打印太空艙將送往國際空間站 (ISS)。該公司希望，在重返地球大氣層期間，太空艙上的傳感器和數(shù)據(jù)發(fā)射器將證實(shí)這是第一個(gè)從太空重返大氣層后仍完好的 3D 打印物體。

△RavenSpace Systems 的 MAD 3D 打印機(jī)正在運(yùn)行。圖片來自 Raven Space Systems。

Raven Space Systems 擴(kuò)展 MAD 技術(shù)

MAD 3D打印的想法起源于Raven Space Systems 聯(lián)合創(chuàng)始人 Blake Herren（首席執(zhí)行官）和 Ryan Cowdrey（首席技術(shù)官）在俄克拉荷馬大學(xué)就讀期間。畢業(yè)后，兩人從SBIR 計(jì)劃獲得了 100 萬美元的資助，以制作他們新穎的3D 打印概念的原型。   

Raven Space Systems目前正在利用美國國防部(DoD) 的計(jì)劃，通過與美國制造商合作來加強(qiáng)國內(nèi)供應(yīng)鏈。由于 3D 打印復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)和耐熱的特性，MAD 被用于制造固體火箭發(fā)動機(jī)和高超音速飛行器的熱防護(hù)部件。

在接受TechCrunch 采訪時(shí)，赫倫表示，美國國防生態(tài)系統(tǒng)中“沒有足夠的供應(yīng)商”。他補(bǔ)充道：“那里的需求巨大——供應(yīng)鏈、瓶頸問題，每個(gè)人都面臨著這些熱防護(hù)和結(jié)構(gòu)材料的問題。”赫倫認(rèn)為，通過新工廠擴(kuò)大 Raven 的 3D 打印流程將使國防和航空航天制造的交貨時(shí)間從數(shù)年和數(shù)月縮短到幾天。

△使用Raven Space System 的 MAD 3D 打印技術(shù) 3D 打印的零件。照片來自 Raven Space Systems。

上個(gè)月，美國空軍的AFWERX授予Raven 一份價(jià)值 180 萬美元的第二階段 STTR（小型企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓）合同，用于 3D 打印再入氣動外殼，用于高超音速飛行測試。氣動外殼可保護(hù)高超音速飛行器免受重返地球大氣層時(shí)遇到的極端溫度的影響。項(xiàng)目由 Raven 與SpaceWorks Enterprises和伊利諾伊大學(xué)香檳分校的高超音速和進(jìn)入系統(tǒng)研究中心(CHESS) 合作完成。后者將提供材料科學(xué)級測試，以支持 3D 打印高超音速試驗(yàn)臺的開發(fā)和鑒定。

通過快速且在需要地點(diǎn)附近 3D 打印輕型組件，Raven Space Systems正在支持國防部持續(xù)開發(fā)和測試新型高超音速技術(shù)的努力，還利用MAD 3D打印技術(shù)瞄準(zhǔn)自主系統(tǒng)提供商、衛(wèi)星制造商和太空推進(jìn)公司。 此前公司已獲得NASA 和美國國家科學(xué)基金會 (NSF) 的資助。通過NSF 的 275,000 美元第一階段 SBIR 撥款，推進(jìn)3D 打印高溫復(fù)合材料的研發(fā)。Raven 有資格申請第二階段資金和最高 200 萬美元的額外補(bǔ)助。

△RavenSpace Systems 的 MAD 3D 打印硬件。圖片來自 Raven Space Systems。

航空航天、航天和國防領(lǐng)域的 3D 打印

在補(bǔ)充美國導(dǎo)彈庫存并支持烏克蘭和以色列正在進(jìn)行的戰(zhàn)爭努力的同時(shí)，國防部已在增材制造方面投入了大量資金。今年早些時(shí)候，火箭發(fā)動機(jī)制造商Ursa Major從美國海軍和戰(zhàn)略資本辦公室(OSC)獲得了 1250 萬美元，用于3D 打印固體火箭發(fā)動機(jī)部件。

此外，意大利公司Avio與雷神技術(shù)公司(RTX)合作，在美國建立了關(guān)鍵 SRM 工業(yè)基地。Avio 是一家知名的3D 打印導(dǎo)彈推進(jìn)系統(tǒng)制造商，利用Velo3D Sapphire 3D 打印機(jī)支持其 Colleferro 工廠每年生產(chǎn) 200 至 300 枚火箭。

此外，五角大樓目前正在運(yùn)行“吸氣式高超音速增材制造成熟度項(xiàng)目” （GAMMA-H）計(jì)劃，以增強(qiáng)3D 打印高超音速導(dǎo)彈的能力。今年早些時(shí)候，航空航天公司AerojetRocketdyne通過該計(jì)劃獲得了一份價(jià)值 2200 萬美元的合同，用于 3D 打印高超音速推進(jìn)系統(tǒng)原型。  

除了國防部，最近有消息稱，法國政府航天機(jī)構(gòu)國家空間研究中心(CNES) 正在使用INTAMSYS技術(shù)3D 打印衛(wèi)星工具。在采用增材制造技術(shù)之前，CNES 在確定用于潔凈室和衛(wèi)星測試的材料時(shí)面臨著多項(xiàng)挑戰(zhàn)。此外，較長的設(shè)計(jì)和制造周期對效率產(chǎn)生了負(fù)面影響。采用 3D 打印技術(shù)后，CNES 實(shí)現(xiàn)了快速原型設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)迭代，將設(shè)計(jì)和制造周期縮短至一天。