美國空軍引進(jìn)3D 砂型打印機(jī)，用于生產(chǎn)鑄造鋁制零件，改進(jìn)飛機(jī)維修流程

2023年9月2日，南極熊獲悉，位于俄克拉荷馬州廷克的美軍空軍基地的第 76 商品維護(hù)小組和逆向工程與關(guān)鍵工具 (REACT) 實驗室已經(jīng)具備了鑄造鋁制零件的能力。該軍事基地通過使用 ExOneS-Print設(shè)備來完成3D 打印砂型鑄造模具，可以在其新成立的鑄造廠內(nèi)鑄造重達(dá) 120 磅的鋁制零件。第 76 CMXG 可以生產(chǎn)達(dá)到 B 級標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并且研究人員正在完善其工藝，很快就有能力生產(chǎn) A 級鑄件，這意味著鑄件幾乎是完美的。

△在俄克拉荷馬州廷克空軍基地，ExOne S-Print 砂型3D 打印機(jī)前的桌子上擺放著一個沙堡模型。圖片來源：美國空軍/Paul Shirk。

第 76 架 CMXG 鑄造工藝工程師 Michael Thompson 說道：“內(nèi)部設(shè)計模具和澆注零件能夠讓我們的飛機(jī)繼續(xù)飛行，我們不能讓價值 5000 萬美元的飛機(jī)因缺少 100 美元的鑄件而停飛。”

△3D 砂打印機(jī)內(nèi)的砂模和原砂示例。圖片來源：美國空軍/Paul Shirk。

該軍事基地引進(jìn)了一種新型工具來解決傳統(tǒng)飛機(jī)采購零件的困難。在飛機(jī)壽命早期可能不需要更換的部件現(xiàn)在已接近使用壽命，參與投標(biāo)合同請求的供應(yīng)商越來越少。

在新的鑄造廠中，零件的制造方法是首先使用與粘合劑混合的沙子 3D 打印模具。該模具類似于花店使用的泡沫，但密度更大。鋁錠在鑄造廠熔化，倒入模具中，然后冷卻。然后可以對鑄件進(jìn)行銑削以形成成品。

REACT 材料工程師 RyanFowler 表示：“3D砂型打印是 REACT 實驗室在過去兩年中在其制造基地中引入的另一項技術(shù)。我們正在努力讓金屬打印部件獲得適航認(rèn)證，但由于這是一項新技術(shù)，因此需要付出更多努力。由于這些組件是最初鑄造的，REACT 和 76th CMXG 只需要通過來源批準(zhǔn)請求?！?/div>

△第553 商品維修中隊焊工特德·費(fèi)奇克 (TedFetchik) 將熔融鋁倒入模具中。圖片來源：美國空軍/Paul Shirk。

作為鑄造廠擴(kuò)張計劃的一部分，隨著新技術(shù)和設(shè)備的增加，第 76 代 CMXG 的能力將在未來三年內(nèi)不斷增強(qiáng)。目前可生產(chǎn)的一些零件包括軸承座、燃料配件以及用于推進(jìn)、航空電子設(shè)備和控制系統(tǒng)的其他零件。

未來的投資包括購買一個新的爐子用于在澆注前預(yù)熱砂型，改善工藝控制，并實現(xiàn) A 級質(zhì)量鑄件。新的熔模鑄造單元將實現(xiàn)自動化殼體鑄造，利用機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)建蠟?zāi)Ｐ蛠砩a(chǎn)陶瓷鑄造模具。該工藝可實現(xiàn)更復(fù)雜的幾何形狀、近凈形狀（即非常接近成品的零件）以及極其光滑的鑄件。

Thompson說：“殼型鑄件比砂型鑄件更精密、更復(fù)雜，使用的地方也更多；例如燃油泵、控制連桿、風(fēng)扇以及空氣和液體需要流動的地方?！?/div>

△B-1BLancer 飛機(jī)航空電子冷卻系統(tǒng)的成品軸承座，位于粗糙的鋁鑄件和制造該鑄件的模具前面。圖片來源：美國空軍/PaulShirk。

盡管鑄造產(chǎn)品還沒有安裝在飛機(jī)上，但Thompson預(yù)計這些零件將在明年進(jìn)行飛行驗證，并等待適航測試。第 76 CMXG 正在開展初步活動，為鑄造廠獲得國家航空航天和國防承包商認(rèn)證計劃認(rèn)證（稱為 NADCAP）而努力，并預(yù)計將于 2024 年 6 月通過集團(tuán) AS9110 認(rèn)證的更新獲得認(rèn)證。

第 76 CMXG 的使命是成為美國空軍首屈一指的航空航天維護(hù)機(jī)構(gòu)。它為作戰(zhàn)人員提供靈活、響應(yīng)迅速的航空航天部件制造和維修服務(wù)。