2.2馬赫超音速飛機XB-1,，使用21個金屬3D打印的發(fā)動機部件

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XB-1,，這款飛機最大的特點是使用了許多增材制造部件,。

Boom的超音速飛機在科羅拉多州Centennial的機庫中亮相，飛機安裝了21個與發(fā)動機相關(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)的這些部件標志著 "3D打印部件在航空航天應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點"。

Buller說："由于飛機部件要求非常好的空氣動力學(xué)設(shè)計,，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,。我們與BOOM的合作確實是金屬加工業(yè)的一大進步,。"

Boom Supersonic的XB-1飛機

Boom Supersonic公司成立于2014年，目標是讓商業(yè)超音速航空旅行成為現(xiàn)實,。XB-1原型機是作為概念驗證而開發(fā)的，展示了具有2.2馬赫（1,687英里/小時）速度客機的潛力,，他們的目標是在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，結(jié)構(gòu)由超過3700個部件組成,，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的巨大任務(wù),，Boom找來了兩家成熟的3D打印機制造商,。

最初，Boom Supersonic與Stratasys合作,，利用F370和Fortus 450mc 3D打印機開發(fā)了200多個與XB-1相關(guān)的工具,、原型和測試臺部件。兩家公司隨后達成了一項長期協(xié)議,，協(xié)議不僅限于原型設(shè)計應(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打印的飛機部件

在與Stratasys達成新協(xié)議后不久,，Boom公司也開始與VELO3D合作,，為客機開發(fā)更多的最終使用部件。當(dāng)時,，VELO3D稱,，他們藍寶石系統(tǒng)經(jīng)過優(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)造出增強型航空部件,。

在使用VELO3D的機器進行了一連串成功的試驗后，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XB-1上,。

△Boom Supersonic的XB-1，由3700多個零件組成,，圖片來自Boom Supersonic

VELO3D的超音速3D打印部件

利用VELO3D的藍寶石系統(tǒng),，Boom已經(jīng)能夠為原型噴氣機3D打印總共21個結(jié)構(gòu)、發(fā)動機和環(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,，同時還需要具有高水平的抗拉強度。

△VELO3D的藍寶石3D打印機

飛機空氣動力學(xué)部件的幾何設(shè)計包括薄壁和長寬比,，這些都是傳統(tǒng)工藝（如焊接和鑄造）難以制造的,。同時，VELO3D專有的無支撐打印工藝可以實現(xiàn)高度的設(shè)計自由和質(zhì)量控制,。

因此,，Boom能夠?qū)崿F(xiàn)對飛機的設(shè)想，而不必考慮設(shè)計方面的限制,，如支撐,。VELO3D的吉恩-米勒（Gene Miller）強調(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："Boom專門為他們的新型飛機設(shè)計了所有這些零件,，他們創(chuàng)造的獨特的幾何形狀類型，專注于減輕重量,，無法用金屬板,、鑄造或任何其他方式來完成。要想同時獲得復(fù)雜設(shè)計和減重的好處,，唯一的選擇就是用金屬增材制造來做,。"

Boom的一些部件也被打印出來，用于飛機重要的發(fā)動機區(qū)域內(nèi),，包括可變旁通閥（VBV）系統(tǒng)的歧管,、NACA管道和兩個分流法蘭部件。NACA管道經(jīng)常用于高速飛機中,，以捕獲外部空氣,，并將其導(dǎo)入飛機以冷卻發(fā)動機艙，因此這些部件對飛行器在飛行過程中的安全至關(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，因為這種材料的加工窗口很窄,。鈦具有超強的耐熱性,，但如果冷卻過快，就會變得很脆,，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)計本來就不可能用機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,，這個項目已經(jīng)將公司現(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用到了絕對極限,。


編譯自：3dprintingindustry