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AM易道导语：
本文信息量及价值密度极大，建议尽快收藏保存。
在2024年某国外增材制造会议上，Northrop Grumman（诺斯洛普·格鲁曼，简称诺格）航空系统公司制造系统高级首席工程师Eric Fodran博士分享了一场重要演讲。这份报告源自挪威增材制造领军企业Norsk Titanium，详细展示了其Rapid Plasma Deposition的DED技术如何在Northrop Grumman的关键飞行部件中实现突破性应用。![]()
这项获得AMS7004标准认证的等离子弧定向能量沉积（PA-DED）技术，代表了大型金属构件增材制造的最新发展方向。通过与Norsk Titanium从2019年开始的深入合作，Northrop Grumman成功将这项源自挪威的创新技术应用于国防航空领域的关键部件制造，为增材制造在高端航空领域的应用树立了新里程碑。本文将试图根据其报告深入了解这项技术的发展历程、工艺特点、性能验证以及实际应用案例。从Northrop Grumman三十年的增材制造积淀，到PA-DED技术在钛合金航空结构件上的突破性应用，展现增材制造技术在航空航天高端制造领域的巨大潜力。AM易道认为，这份来自Norsk Titanium的技术报告具有重要的行业指导意义。它不仅展示了增材制造技术在航空航天领域的最新进展，更重要的是提供了一个从技术研发到工业化应用的完整范例。这对于正在寻求高端制造突破的企业和机构具有重要的借鉴价值。让我们首先关注第3页的内容，这是一张极具价值的技术发展时间轴。![]()
这张图以清晰的方式展现了Northrop Grumman在增材制造领域近30年的发展历程，从中我们可以看到三条清晰的技术演进路线：聚合物快速原型、聚合物飞行级应用以及金属飞行级应用。在聚合物快速原型阶段（1990-2012年），公司引入首台SLA设备、首台FDM设备、首台SLS设备等。AM易道认为，这一阶段反映了增材制造技术从实验室验证走向工业应用的过程，特别是在工具制造领域的早期应用显示了该技术的实用价值。在聚合物飞行级应用阶段（2005-2019年），关键里程碑包括：- 2019年：实现FDM Ultem 9085材料应用
AM易道点评认为，这一阶段标志着增材制造从辅助工具转向终端使用件，材料的持续升级（从尼龙12到PEKK再到Ultem）体现了航空航天领域对材料性能不断提升的需求。
在金属飞行级应用方面（1999-2023年），重要突破包括：从时间轴上我们可以清晰地看到，Northrop Grumman在金属增材制造领域的布局是循序渐进的，从验证到小型部件再到关键结构件，每一步都经过了严格的验证和认证过程。特别值得注意的是，2007和2011年的两个里程碑。让我们继续分析第4页的内容，这一页展示了Northrop Grumman实施增材制造技术的系统化策略。
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通过一个环形流程图，公司展示了从概念到实际应用的完整闭环过程。这个实施策略包含五个关键环节，它们之间相互关联，形成了一个完整的质量保证体系：材料与工艺规范（M&P Specifications） 规范的制定是整个过程的基础。猜测这些规范不仅包括材料标准，还包括工艺参数和质量控制要求。材料性能数据库（Material Property Dataset） 图中展示了从试样到性能数据的转化过程。AM易道认为，此环节的重要性在于，它为后续的设计和应用提供了可靠的数据支持。通过建立完整的材料性能数据库，工程师们可以准确预测部件在实际使用中的表现。部件级评估（Component Level Evaluation） 从图片中可以看到实际的测试设备和场景，AM易道认为部件级评估是连接实验室数据和实际应用的关键桥梁，它能够验证理论分析的准确性，同时发现潜在的问题。实施（Implementation） 最终环节展示了一架装备平台的图片，这意味着技术已经成功应用于实际产品。这个闭环的完成标志着增材制造技术已经具备了批量应用的条件。这些系统化的方法为其他企业在实施增材制造技术时提供了很好的参考。AM易道提醒各位读者，成功的技术应用不仅需要先进的设备和材料，更需要完善的管理体系和严格的质量控制。
从第5页的内容我们可以深入了解PA-DED（Plasma Arc Directed Energy Deposition）技术的核心特点。![]()
这项由Norsk Titanium开发的技术（商品名为Rapid Plasma Deposition，RPD）已获得AMS7004标准认证，代表了定向能量沉积技术的最新发展方向。技术原理图展示了PA-DED的工作过程：等离子弧由钨电极产生，氩气作为保护气体，钛合金丝材被送入熔池中进行沉积。这种工艺的与其他DED技术类似，能快速制造出接近最终形状的预制件，随后通过机械加工达到最终尺寸要求。目前在Norsk已实现了两种规格设备的量产应用：
AM易道根据图中信息换算成国际单位，不一定准确，请读者指正：
工艺流程的精准控制
第6页详细展示了PA-DED工艺的完整制造流程，包括六个关键步骤：![]()
原材料准备：使用钛合金丝材和基板
PA-DED沉积：核心成形过程
热处理：确保材料性能
无损检测：质量保证
精加工：实现最终尺寸
尺寸和最终检测：确保产品符合要求
从工艺图片可以看出，每个环节都配备了专业的设备和严格的工艺控制措施。
可以清晰看到等离子弧的工作状态和沉积层的形成过程，也可以见到机加之后的钛合金产品零件图。第7页呈现了完整的Ti-6Al-4V PA-DED工艺规范框架，这个体系分为三大类要求：![]()
材料要求方面主要是Ti-6Al-4V丝材需符合Northrop Grumman内部材料规范；基板材料需符合AMS4911标准。工艺要求方面主要是PA-DED工艺需遵循公司工艺规范；热处理需符合AMS 7004标准；超声波检测需符合AMS 2631标准。
这些标准内容有大量学习借鉴之处。
最终加工和检测规范提到了常见的渗透测试。
此页内容值得从业者详细学习。
PA-DED技术发展时间线（2019-2024+）第8页清晰展现了Northrop Grumman在PA-DED技术上的系统化发展路径。![]()
从2019年开始的行业评估和初步可行性测试，到2021-2022年间完成的材料规范制定、数据库建设和部件级测试，再到2023年实现首个关键子系统的应用批准，每个阶段都体现了航空航天领域严谨的技术验证流程。未来发展规划更是雄心勃勃，计划通过认证更大型的PA-DED设备，并在多个机型上实现广泛应用，展现了其对这项技术的高度信心。从第9-11页的数据来看，PA-DED技术在材料性能方面取得了令人瞩目的成果。![]()
Northrop Grumman进行了大规模的测试验证工作，包括超过1000个静态试样和100个动态试样。这些试样不仅覆盖了X和Z两个关键方向，还特别关注了板材与DED界面区域的性能表现，这对于复杂结构件的性能预测具有重要意义。![]()
在静态性能方面，通过对比图表可以清晰地看到，PA-DED工艺制造的材料在多个关键指标上都达到或超过了传统钛合金板材的水平。特别是在拉伸强度（Ftu）、屈服强度（Fty）、抗压强度（Fcy）以及剪切强度（Fsu）等方面，PA-DED材料展现出优异的性能一致性。值得注意的是，在不同方向（X和Z）上的性能差异较小，这说明该工艺具有良好的各向同性，这对航空航天结构件来说是一个重要优势。![]()
更令人振奋的是疲劳性能测试结果。从S-N曲线可以看出，PA-DED工艺制造的材料在应力比R=-1和R=0.1两种工况下，其疲劳性能均优于传统锻件。这一结果对于承受循环载荷的航空结构件具有重要意义。从横坐标（循环次数）来看，测试范围覆盖了从103到107次循环，满足航空结构件的使用寿命要求。在第12页中，我们可以看到实际部件级别的测试验证。![]()
Northrop Grumman选择了具有代表性的支架构件进行静态和动态测试，测试条件完全模拟服役状态。测试图片清晰展示了构件在未加载和最大应力加载状态下的表现。测试结果表明，在经过多个寿命周期的考验后，所有构件均未出现裂纹或塑性变形，这有力证实了PA-DED工艺在实际应用中的可靠性。第14页展示了PA-DED技术在实际应用中取得的成果
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Northrop Grumman成功将该技术应用于关键任务飞行部件的制造，通过创新的设计理念实现了显著的经济效益。在一个典型案例中，设计团队巧妙地将两个独立支架整合为一个统一的PA-DED设计方案。这个长约508-635mm的整体化构件（换算）不仅降低了装配工序，更实现了20-35%的成本节约。图片中清晰展示的六个不同构件，都是已获批准的关键飞行部件，这标志着PA-DED技术已经成功跨越了从实验室到工业应用的鸿沟。![]()
从展示的加工后构件照片可以看出，这是一个具有复杂内腔结构的大型钛合金构件。该构件不仅要求尺寸精度高，还需要确保内部筋板的强度和稳定性。PA-DED技术在这类复杂结构件上的成功应用，充分证明了其在航空领域的巨大潜力。第16页展示的发展规划更有趣。Northrop Grumman为PA-DED技术规划了清晰的发展路径：![]()
2023年实现初步应用后，2024年正在扩大应用范围并提升部件尺寸和重要程度。展望2025/2026年及以后，公司计划在其多个机型上广泛应用这项技术，实现关键钛合金飞机结构的快速响应制造。经AM易道换算，从最初0.9米量级的小型支架，发展到目前1.8米量级的结构件，未来将挑战3米以上的关键结构件。![]()
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其认为，随着部件尺寸和复杂度的提升，成本节约效应将进一步放大。从第19页的内容可了解PA-DED技术的最佳应用场景。![]()
Northrop Grumman通过大量实践，总结出了最适合采用这项技术的部件特征。首当其冲的是那些传统工艺中需要从厚板材或锻件上大量切削加工的钛合金部件，特别是具有较长平直段的构件。当部件厚度超过50.8mm时，使用PA-DED工艺开始显现成本优势；当厚度达到101.6mm时，这种优势更加显著。这一发现为从业者在技术选型时提供了清晰的判断依据。图中展示的"质量与材料利用率关系曲线"格外引人注目。从曲线趋势可以看出，随着部件质量的增加，材料利用率的提升（即BTF减少比例）呈现出三个明显的区间：AM易道解释：Buy-to-Fly (BTF) 比率是航空航天制造领域的一个关键指标，它反映了原材料利用效率。具体来说，BTF比率是指制造一个零件所需的原材料重量与最终零件重量的比值。例如，如果一个最终重量为1kg的零件需要使用10kg的原材料来制造，那么BTF比率就是10:1。节约率大于20%的高效区
节约率在10-20%之间的中效区
节约率低于10%的低效区
更为关键的是，部件整合带来的附加价值。通过减少装配数量和操作工时，PA-DED技术在系统层面创造了额外的效益。
其分享的实践证明，对于合适的应用场景，整体降本效果可超过30%。
PA-DED应用总结：引领航空制造新时代
结论部分凝练地总结了Northrop Grumman在PA-DED技术应用方面的重大突破和未来展望。图片中展示了一个意义深远的对比：左侧是2011年2月创造历史的首个增材制造PBF钛合金部件在国防平台上的首飞场景及其具体部件细节，右侧则是当前最新的PA-DED大型结构件。这个对比生动展现了增材制造技术在十多年间的巨大进步。Northrop Grumman不论成色背景如何，其通过在关键子系统和结构应用中成功采用PA-DED钛合金技术，为整个增材行业和航空业树立了新的标杆。AM易道最后聊两句
Northrop Grumman在增材领域的建树不仅体现在技术层面，更重要的是找到了最佳的商业应用逻辑。通过建立科学的选型标准和价值评估体系，使这项技术能够在最具经济效益的场景中发挥优势。这种方法论对整个增材制造行业都具有重要的借鉴意义。综观整份报告，我们可以清晰地看到PA-DED技术在航空航天领域实现了从实验室到工业化应用的完整跨越。这一整套包含工艺控制、性能验证、应用评估在内的完整体系为增材制造技术在高端制造领域的推广提供了可借鉴的范本。随着这项技术的进一步推广，我们有理由相信，在大型钛合金结构件制造领域，DED增材制造很可能掀起一场新变革。这不仅将为航空航天制造带来新的可能，也将为其他高端制造领域提供全新的技术路径。
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Reference:
1.https://www.norsktitanium.com/
2.https://www.northropgrumman.com/
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