2.2馬赫超音速飛機(jī)XB-1，使用21個(gè)金屬3D打印的發(fā)動(dòng)機(jī)部件

2020年10月9日，南極熊獲悉，航空航天公司Boom Supersonic推出了一款超音速飛機(jī)XB-1，這款飛機(jī)最大的特點(diǎn)是使用了許多增材制造部件。

Boom的超音速飛機(jī)在科羅拉多州Centennial的機(jī)庫(kù)中亮相，飛機(jī)安裝了21個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的3D打印部件。據(jù)VELO3D的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Benny Buller稱，兩家公司合作生產(chǎn)的這些部件標(biāo)志著 "3D打印部件在航空航天應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)"。

Buller說(shuō)："由于飛機(jī)部件要求非常好的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，卓越的耐用性和耐高溫性能，所以航空部件特別難以用金屬3D打印制造，VELO3D的技術(shù)可以在最嚴(yán)苛的操作條件下為關(guān)鍵應(yīng)用生產(chǎn)輕質(zhì)、復(fù)雜的設(shè)計(jì)。我們與BOOM的合作確實(shí)是金屬加工業(yè)的一大進(jìn)步。"

Boom Supersonic的XB-1飛機(jī)

Boom Supersonic公司成立于2014年，目標(biāo)是讓商業(yè)超音速航空旅行成為現(xiàn)實(shí)。XB-1原型機(jī)是作為概念驗(yàn)證而開發(fā)的，展示了具有2.2馬赫（1,687英里/小時(shí)）速度客機(jī)的潛力，他們的目標(biāo)是在2030年前投入使用。

XB-1代表了第一架自主研發(fā)的超音速飛機(jī)，結(jié)構(gòu)由超過(guò)3700個(gè)部件組成，包括起落架、飛行控制執(zhí)行器和冷卻系統(tǒng)。為了解決建造演示機(jī)的巨大任務(wù)，Boom找來(lái)了兩家成熟的3D打印機(jī)制造商。

最初，Boom Supersonic與Stratasys合作，利用F370和Fortus 450mc 3D打印機(jī)開發(fā)了200多個(gè)與XB-1相關(guān)的工具、原型和測(cè)試臺(tái)部件。兩家公司隨后達(dá)成了一項(xiàng)長(zhǎng)期協(xié)議，協(xié)議不僅限于原型設(shè)計(jì)應(yīng)用，還將Stratasys的F900系統(tǒng)用于生產(chǎn)Boom超音速飛行器的最終使用部件。

△Stratasys公司3D打印的飛機(jī)部件

在與Stratasys達(dá)成新協(xié)議后不久，Boom公司也開始與VELO3D合作，為客機(jī)開發(fā)更多的最終使用部件。當(dāng)時(shí)，VELO3D稱，他們藍(lán)寶石系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以在沒有支撐物的情況下生產(chǎn)大直徑零件，可以在很少或沒有后處理的情況下創(chuàng)造出增強(qiáng)型航空部件。

在使用VELO3D的機(jī)器進(jìn)行了一連串成功的試驗(yàn)后，兩家公司共生產(chǎn)了多種3D打印部件，現(xiàn)在這些部件已經(jīng)安裝在Boom的原型機(jī)XB-1上。

△Boom Supersonic的XB-1，由3700多個(gè)零件組成，圖片來(lái)自Boom Supersonic

VELO3D的超音速3D打印部件

利用VELO3D的藍(lán)寶石系統(tǒng)，Boom已經(jīng)能夠?yàn)樵蛧姎鈾C(jī)3D打印總共21個(gè)結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)和環(huán)境控制部件，其中一些部件的壁薄至0.02英寸。由于XB-1的許多3D打印部件都與引導(dǎo)空氣有關(guān)，包括葉片、管道和百葉，因此它們需要狹窄而復(fù)雜，同時(shí)還需要具有高水平的抗拉強(qiáng)度。

△VELO3D的藍(lán)寶石3D打印機(jī)

飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)部件的幾何設(shè)計(jì)包括薄壁和長(zhǎng)寬比，這些都是傳統(tǒng)工藝（如焊接和鑄造）難以制造的。同時(shí)，VELO3D專有的無(wú)支撐打印工藝可以實(shí)現(xiàn)高度的設(shè)計(jì)自由和質(zhì)量控制。

因此，Boom能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛機(jī)的設(shè)想，而不必考慮設(shè)計(jì)方面的限制，如支撐。VELO3D的吉恩-米勒（Gene Miller）強(qiáng)調(diào)，XB-1的零件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)是不可能的。

Miller解釋說(shuō)："Boom專門為他們的新型飛機(jī)設(shè)計(jì)了所有這些零件，他們創(chuàng)造的獨(dú)特的幾何形狀類型，專注于減輕重量，無(wú)法用金屬板、鑄造或任何其他方式來(lái)完成。要想同時(shí)獲得復(fù)雜設(shè)計(jì)和減重的好處，唯一的選擇就是用金屬增材制造來(lái)做。"

Boom的一些部件也被打印出來(lái)，用于飛機(jī)重要的發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域內(nèi)，包括可變旁通閥（VBV）系統(tǒng)的歧管、NACA管道和兩個(gè)分流法蘭部件。NACA管道經(jīng)常用于高速飛機(jī)中，以捕獲外部空氣，并將其導(dǎo)入飛機(jī)以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)艙，因此這些部件對(duì)飛行器在飛行過(guò)程中的安全至關(guān)重要。

最終，用鈦金屬3D打印XB-1的零件被證明是非常困難的，因?yàn)檫@種材料的加工窗口很窄。鈦具有超強(qiáng)的耐熱性，但如果冷卻過(guò)快，就會(huì)變得很脆，容易開裂。更重要的是，雖然傳統(tǒng)技術(shù)避免了這一問題，但該飛行器的超薄設(shè)計(jì)本來(lái)就不可能用機(jī)械加工或鑄造方法重現(xiàn)。

VELO3D最終優(yōu)化了系統(tǒng)的打印參數(shù)，以減少零件的殘余應(yīng)力，但Miller承認(rèn)，這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)將公司現(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用到了絕對(duì)極限。


編譯自：3dprintingindustry