美空军资助Phase3D：把金属增材实时检测能力扩展至陶瓷基复合材料，逐层盯住缺陷

美国空军部最近给了Phase3D一份合同。

这家总部在芝加哥的公司一直做增材制造检测，现在要把自家的Fringe Inspection平台从金属增材制造的实时原位检测系统，扩展到陶瓷基复合材料。他们要适配的这套Fringe Inspection，是面向金属增材制造的实时原位检测系统，其核心是结构光扫描，能在零件制造过程中生成经过校准的、可重复的表面高度图。

陶瓷基复合材料这个类别，推进系统、高超声速飞行器、热防护系统全都离不开它。因为涡轮发动机、高超声速飞行器、热防护系统，现在都需要一种比金属合金更耐热、比强度更高、抗氧化性也更好的材料，CMC正好是这个角色。但CMC在美国空军的保障和生产里一直铺不开。

合同第一阶段会资助美国空军先进制造企业体系里，和推进系统、高超声速、热防护有关的项目开发，用来开发针对陶瓷基复合材料的专用校准程序和缺陷检测模型。美国空军生命周期管理中心的推进系统理事会和快速保障办公室，还有美国空军研究实验室的材料与制造理事会，被列为首要的直接最终用户。这三个机构都在把先进材料变成能用的作战系统，它们需要的是在仓库、原始设备制造商设施和研究中心都能部署的检测工具。

为什么要往这个方向扩展？原因不复杂，原来那些为金属和聚合物复合材料设计的无损检测方法，抓不住CMC自己的失效模式，比如基体开裂、纤维拔出、孔隙率、分层。这些问题可能在制造的任何一步冒出来。

这套结构光扫描技术不是新东西，已经在美国国家航空航天局（NASA）、美国海军、空军保障仓库和美国空军研究实验室的金属增材制造项目里打磨了好几年。Phase3D之前已经和空军相关方有过合作，包括美国空军研究实验室、俄克拉荷马城空军后勤综合体、埃尔斯沃思空军基地。这次的项目会把关系再加深一步。

这次的新东西，是检测对象换了。CMC制造几乎每一步都会带来它特有的缺陷风险，从预浸带制造、铺层叠放，到热压罐固化、热解、熔体浸渗，再到最终机加工。Phase3D要做的是构建材料专属的校准程序、异常分类模型和验证协议，让系统逐层标记表面变形和缺陷特征。

他们的目标，是在零件制造过程中实时标记缺陷，而不是等制造完成后再做计算机断层扫描（CT）或者破坏性切片分析。这跟以前等做完CT扫描或者破坏性切片分析再看结果，完全是两种节奏。

Phase3D创始人兼首席执行官尼尔·奥多德（Niall O’Dowd）博士解释了这套方法的出发点。「Fringe Inspection的诞生是为了实时回答一个问题，你正在制造的零件，是否就是你设计的那个零件？」

「我们花了数年时间，在美国宇航局、美国空军和领先航空航天主承包商的金属零件上证明了这一点。」他说，「这个项目让我们得以对一种完全不同的材料体系提出同样的问题。这是美国空军寄望于下一代推进系统和热防护系统的关键材料，在这个领域，零件制造完成后才发现缺陷的代价，甚至比金属增材制造还要高昂。」

Phase3D应用工程经理安德鲁·霍利迪（Andrew Holliday）则从问题的根源说起。「陶瓷基复合材料以难以鉴定合格而著称，从胶带制备到渗透再到最终机加工，太多环节都可能出错。」

「业界一直在尝试用后处理计算机断层扫描和破坏性测试来解决这个问题，这正是当年制约金属增材制造发展的同一套思路。」他说，「实时、逐层的可视化能力正是这种材料所需要的，而这正是Fringe Inspection已经做到的事情。」

行业预测到2029年，全球CMC市场规模会超过133亿美元。市场里因为质量不佳造成的成本，估计每年在16亿到24亿美元之间，主要来自生产后期才发现的缺陷。Phase3D的思路，是把检测环节前移到制造过程中，减少返工和废品，同时加快鉴定周期。这个结果和它在汽车、航空航天领域工业客户那里的金属增材制造项目是一致的。第一阶段的成功，也会让公司走进更广的材料检测市场，从国防延伸到商业航空航天、能源和工业陶瓷。

这有点像另一家做增材制造过程监测的公司Addiguru做过的事，通过研究合作测试光学、热学和机器控制数据流在不同制造合作伙伴和系统中的表现，然后把验证结果落在已有的金属增材制造材料上。Phase3D的任务在范围上不太一样，他们不是把一种方法适配到新硬件上，而是为一种有自己的失效模式的新材料类别，从头构建校准和缺陷分类模型，覆盖从铺带工艺到最终机加工的全过程。

说到底，Phase3D往CMC走，并不是把Fringe Inspection推倒重来，而是保持结构光扫描这个核心不变，在它上面叠CMC专属的校准和缺陷模型。不是给新材料单独开发一套检测产品。这份空军合同资助的，正好就是这个验证动作，在CMC被大规模用到推进和热防护项目之前，为一种几乎每个阶段都可能出缺陷的材料，提供实时可见性。

事后检验的思路，在金属增材制造上已经被证明走不通。陶瓷基复合材料如今又站在同一个路口。实时逐层可视化提供的是另一条路，让缺陷在制造过程中就暴露出来，而不是等做完才发现白做了。这背后其实是一个更朴素的道理，只有先看清楚正在造什么，才可能把它造好。