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从80%3D打印发动机到AI扫描策略:Ursa Major如何用增材制造逐层征服高超声速

2026年1月,Ursa Major和美国空军研究实验室一起,把Draper液体火箭发动机送上了天。


这台发动机给经济可承受快速导弹演示器(ARMD)项目提供动力,飞到了超音速。


首席执行官克里斯·斯帕格诺莱蒂(Chris Spagnoletti)说,从签合同到整个弹体和推进系统准备好飞行,只用了八个月。


在这次飞行之前,Ursa Major刚刚完成一轮融资,领投的是风投公司Eclipse,一共1.5亿美元,其中1亿是股权,5000万是债务。


公司当时手里已经有超过1.15亿美元的订单,这笔钱就用来扩大生产,包括高超声速系统、固体火箭发动机,还有空间机动硬件。


同时还加快建厂。2025年9月,他们在科罗拉多州韦尔德县破土动工,新建一个162公顷的固体火箭发动机测试场地。


还从3D打印公司EOS又增购了三台AMCM M 450-4 FLX金属3D打印机,这样EOS驱动的机器就增加到六台,专门用来生产高超声速和国防产品。


Hadley发动机的客户越来越多。2025年6月,航天公司Stratolaunch签了3290万美元的合同,买了16台升级版Hadley H13。


Ursa Major目前不做太空发射,但在高超声速领域找到了不少机会。


这些增长跟俄亥俄州扬斯敦的研发中心很有关系,2024年他们在那儿花1450万美元建了一个增材制造研发中心,专门开发金属合金,用于固体和液体火箭发动机。


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这些扩张背后有一个增材制造团队,头儿是汤姆·波莫尔斯基(Tom Pomorski),他是增材制造总监。


他五年前加入公司,从零开始搭起内部增材项目。


在这次采访里,他和行业媒体VoxelMatters聊了从哪开始的,金属增材制造下一步往哪走,还有为什么规模化生产一直是公司的核心目标。


波莫尔斯基说,Ursa Major已经干了11年,从开始就用增材制造。


第一款发动机Hadley是美国第一次热试车的富氧分级燃烧发动机,用了很多增材制造零件。


但一开始公司没钱买设备,全外包。到了第五六年,美国的America Makes项目和当地组织资助了内部实验室的启动。


波莫尔斯基就这时候加入,招了第二个工程师,开始搭项目。


现在团队有14个人,在扬斯敦地区两个厂里跑了九台金属激光粉末床熔融设备。


一个是最初的研发基地,一个是博德曼的低速率生产设施,开车15分钟。


波莫尔斯基说,我们还在增长,有机器在安装,有机器在订货,过去两年太刺激了。


未来一两年,波莫尔斯基想把博德曼的厂扩展到15台增材设备,加上完整的后处理能力


比如五轴CNC、磨削、检测、压力测试、水流测试。


之后他们计划在当地建一个更大的生产基地,继续扩大火箭发动机和国防产品。


他说这几乎是每个决策背后的主线。他对五到十年的愿景是,所有产品都实现规模化增材制造,理想状态每天都有飞行任务,有几个大型打印设施生产硬件。


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Ursa Major现在用增材制造搞了三款发动机。


Hadley是富氧分级燃烧的,已经飞行鉴定过,80%的质量是3D打印的,所有主要的旋转机械和燃烧部件都是增材制造。


这发动机飞了超过10次高超声速任务,还可以重复使用。波莫尔斯基说,我们回收发动机,检查,在飞行任务中验证了所有鉴定、流程和材料要求。


Draper是今年1月AFRL飞行演示用的发动机,用了更新的设计和增材制造技术,是Hadley的可存储版本。


Hadley用低温液氧,适合测试和靶机,但不好长期存。Draper用高浓度过氧化氢做氧化剂,简化了点火系统。


Draper已经测试多次,Ursa Major正把它集成到自己的高超声速飞行器上,计划明年内飞行。


第三个项目是固体火箭发动机系列,基于Lynx工艺,目标是扩大生产数量和尺寸。


这个方法解决了行业的一个结构性问题,就是专门为一种固定尺寸发动机建生产线。


波莫尔斯基说,你建了固定生产线,明天情况变了,几亿美元砸下去只能做一种产品。


Ursa Major的Lynx单元化方法用同一套设备,生产直径从7厘米到51厘米不等的发动机,不管是在科罗拉多总部还是测试场都一样。


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波莫尔斯基觉得两个因素让Ursa Major成了增材制造的早期领先者。


一个是设计框架,CAD建模、仿真工具、测试数据反馈,从一开始就为增材制造设计,所以设计周期很快。


他说,你可以在同一台机器上打印四种不同设计的喷注器,两周后上热试车台,然后反馈,再设计,再循环。


这就是设计、打印、测试、迭代的循环,很多成功的航天初创公司都这样。


第二个是团队深度,他们招有实践经验的工程师,时间长了就转化为扎实的基础知识。


波莫尔斯基认为这些业绩记录打消了很多对增材制造可靠性的质疑。


他说,这100年来,企业允许铸件里存在巨大缺陷。现在我们用不锈钢和Inconel零件代替铸件,强度是原来的两倍,几乎完美,但我们还要做大量测试验证。


他觉得剩下的犹豫只是因为不熟悉,不是零件有问题。


Ursa Major的发动机在极端环境下飞过,成功率很高。他说,这是真的,是可行的。不过是教育障碍,因为增材制造有挑战性,需要懂材料科学、机械工程,还有编码,因为我们自己写软件。


和3D打印公司EOS的关系也提升了软件能力。波莫尔斯基说,Ursa Major是第一个能在EOS机器上做自定义扫描路径软件的,现在这个功能已经加入EOS的标准许可。


过去两年,他们集中搞基于物理的鉴定策略,针对特定几何验证底层算法,再推广到复杂零件,不用每个新零件都重新鉴定。


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他说,一旦验证了所有算法,代码都是透明的,就可以验证特定算法特征,再推广到复杂零件。


Ursa Major用这个方法在EOS机器上打印无支撑表面,悬垂角度可以低到20度,用同样的扫描策略但针对不同机器做补偿。


他说这就像同一个G代码在不同CNC机床上用不同的后处理器。


他们通过机械测试和热试车数据来验证。他说,如果策略不对,零件会在测试台失效。我们已经用热试车数据验证过这些策略了。


Ursa Major还在探索把切片技术的一些元素分享给美国国防和航天的其他公司,虽然出口管制让信息传输变得麻烦。


他说,我们认为分享技术对获得接受度很关键,不能只是自己捂着。但他也说,Ursa Major不打算做打印服务提供商。


AI也进入了工作流程。波莫尔斯基说,他们用大型语言模型,比如Claude和ChatGPT,来写扫描策略和热负载平衡的代码,直接在EOS机器上跑。


他说,20分钟内,我可以在一个平台上有100个零件。我说,AI,我有这个Excel和热模型,你帮我为每个零件改变量输入,我可以基于方程建100个参数,20分钟后点击打印我的机器。


他认为这是补充,不是替代人。他说,你靠加人解决不了这个问题。


他说那些增材制造人员比Ursa Major多得多的公司反而开发速度没那么快,因为规模化需要设计、材料、工艺团队的集成,而很多大公司把这些团队隔离开了。


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材料方面,波莫尔斯基说主要用镍基合金,包括718和625,还有Haynes 230、铜合金、钢合金,马氏体时效钢和17-4。


这些材料传统上也能买到,但锻造和加工的供应链压力很大,交货周期超过一年。所以增材制造成了固体火箭发动机项目更实用的选择。


粉末通常有库存,随时能打印。


公司测试了其他整合技术,但没用在生产上。


他们用等离子体、电弧增材制造和冷喷涂做工装,但不用于飞行硬件,因为维持惰性环境和生产大型再生冷却喷管的薄壁水密壁板很困难。


NASA公开数据显示,航天飞机主发动机喷管延伸段更换需要连续机器运行一个月,操作负担很大。


他说,Ursa在增材制造成长中学会在合理的地方用,不合理的地方不用。


比如Hadley的管子、螺纹、螺栓还是传统机加工。他们还测试了陶瓷和高温材料,用于固体火箭发动机喷管喉衬,和俄亥俄州立大学有合作,但技术还没成熟到商业化。


聚合物3D打印内部也在用,主要做工装,不是飞行硬件,有独立团队在管。


Ursa Major还有一个在轨航天分部,做储箱和推进器,目标是不断增长的空间对空间转移市场。


他提到竞争对手Impulse Space(一家航天公司)也在融资,说明势头不错。


Ursa Major的首批在轨硬件很快会推出,但大部分还是传统制造,因为长期任务需要客户对制造过程有信心,还没延伸到增材制造零件。


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放眼未来,波莫尔斯基说规模化金属增材制造的最大制约不是物理原理,而是运营成本和可靠性。


Ursa Major已经在近15年前的EOS M290上验证了工艺,不需要新硬件。


他说,没有新物理原理,没创造新东西,只是以前所未有的方式组合,这得益于在真实环境中积累的经验。


他认为到现在只有GE、SpaceX、蓝色起源(Blue Origin)这些有十亿美元资本的巨头实现了规模化。


Ursa Major的方法是通过降低鉴定门槛、提高机器正常工作时间、减少需要的工程师数量,来降低资本需求。


他希望机器制造商开放更多API,提供更深的数据和固件访问,包括扫描器控制、激光同步。


他对一些新概念感兴趣,比如多激光预热、原位热处理、闭环控制、固件级的无向量点云扫描控制。


工艺方面,他强调更高功率的激光器和更大的构建平台,600毫米到1米范围,他说中国公司已经在用,美国制造商还没赶上。


谈到EOS、尼康(Nikon)这些供应商的高性能系统,他说,我们需要复杂性和能力,但价格要一半成本提供相同能力。


他认为EOS M400如果价格减半,会彻底改变行业。他说美国需要加快创新,降低成本,提高运营可靠性,才能跟上。


他还注意到聚合物3D打印的开放爱好者驱动的生态系统,每个六年级教室都有一台3D打印机。


他希望金属增材制造也能有类似的协作框架,来开发和分发合格工艺。


但这个更广的愿景服务于一个更具体的目标。规模化生产是Ursa Major最终追求的,更多机器、更多设施、更频繁的飞行。


从EOS合作到AI工作流,到基于物理的鉴定方法,每个部分都是为了更快、更低成本地实现规模化。


实现目标是一层一层来的,Ursa Major正在尽一份力。

昨天 23:05 转载自:voxelmatters,如对内容有疑问,请联系我们:yihanzhong@amedao.com
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