BOOM SUPERSONIC推出採用VELO3D增材製造的發動機零件

2020-10-12 白令三維

航空航天公司Boom Supersonic首次推出了XB-1飛機，其特色是由3D印表機製造商VELO3D製造的大量增材製造零件。

Boom的超音速噴氣機在該公司位於科羅拉多州Centennial的機庫中首次亮相，其中包括21種主要與發動機相關的3D列印組件。VELO3D執行長兼創始人Benny Buller表示，在兩家公司的合作下生產的零件標誌著超音速旅行的可行性和3D列印零件的航空航天能力的「轉折點」。

布勒說：「由於具有挑戰性的空氣動力學設計必須與卓越的耐用性和高溫要求相平衡，因此航空硬體特別難以用3D金屬印刷製造。」 「 VELO3D的技術允許在最苛刻的操作條件下為任務關鍵型應用生產輕巧，複雜的設計。」

「我們與BOOM的合作夥伴關係確實是金屬增材製造行業的一項進步，而XB-1超音速飛機是航空工業的革命者。」

Boom Supersonic的XB-1飛機

Boom Supersonic成立於2014年，其既定目標是再次使商業超聲速航空旅行成為現實。該公司的XB-1原型飛機正在開發中，以作為概念驗證，證明其具有2.2馬赫（每小時1,687英裡）的「序曲」客機的潛力，該飛機計劃於2030年投入使用。

XB-1是第一架自主研發的超音速飛機，其定製的複合結構包括3700多個零件，包括起落架，飛行控制執行器和冷卻系統。為了解決建造演示飛機的艱巨任務，Boom尋求了兩家老牌3D印表機製造商的幫助。

最初，Boom Supersonic與Stratasys合作，利用該公司的F370和Fortus 450mc 3D印表機開發了200多種與XB-1相關的工具，原型和測試臺零件。兩家公司達成了一項長期協議，該協議超出了原型應用的範圍，並且看到Stratasys的F900系統用於生產Boom的超音速飛機的最終用途零件。

在與Stratasys達成新協議後不久，Boom也開始與VELO3D合作，為其客機 開發更多的最終用途零件。當時，VELO3D聲稱其Sapphire系統經過優化以生產不帶支撐的大直徑零件，將能夠創建增強型航空航天部件，而幾乎不需要或無需進行後處理。

在使用VELO3D的機器進行了一系列成功的資格認證試驗之後，兩家公司繼續生產各種3D列印零件，現在這些零件已安裝到Boom的XB-1原型中。

Boom Supersonic的XB-1（在推出前兩個月如圖）包含3700多個零件。照片由Boom Supersonic提供。

VELO3D的超音速3D列印組件

利用VELO3D的Sapphire系統，Boom能夠為其原型噴氣機總共進行3D列印21個結構，引擎和環境控制組件，其中一些組件的壁厚僅為0.02英寸。由於許多XB-1的3D列印零件都與引導空氣有關，包括葉片，風道和百葉窗，因此它們需要狹窄而複雜，同時還應具有較高的拉伸強度。

飛機的空氣動力學部件的幾何設計包括高而薄的高縱橫比的薄壁，這是傳統工藝（例如焊接和鑄造）難以製造的。同時，VELO3D的專有SupportFree列印過程可實現高度的設計自由度和質量控制。

結果，Boom能夠實現其對飛機的願景，而不必考慮諸如支撐之類的設計約束。 與Boom的設計工程師密切合作的VELO3D的Gene Miller強調，使用更常規的生產技術不可能實現XB-1的零件。

「 Boom為他們的新型飛機專門設計了所有這些部件，」 Miller解釋說。「他們為引導流動而創建的獨特幾何形狀類型（著重於減輕重量）無法通過鈑金或鑄造或任何其他方式完成。為了同時獲得複雜設計和減輕重量的好處，唯一的選擇是使用金屬AM。

「超音速飛行會引入許多不同的現象，而傳統航空旅行通常不會遇到這種壓力。」

還印刷了許多動臂零件，以供飛機的重要發動機區域使用，包括可變旁通閥（VBV）系統的歧管，NACA管道和兩個分流器法蘭零件。NACA管道通常用於高速飛機中以捕獲外部空氣，並將其引導到飛機中以冷卻發動機艙，這使得零件在飛行過程中對飛機的安全至關重要。

最終，由於XB-1零件的加工窗口狹窄，因此3D列印XB-1零件非常困難。鈦具有極高的耐熱性，但是如果冷卻速度太快，它就會變脆並易於破裂。而且，儘管傳統技術避免了這個問題，但通過機械加工或鑄造方法無法複製出該船的超薄設計。

VELO3D最終優化了系統的列印參數，以減少零件中的殘餘應力，但是Miller承認該項目將公司的現有技術擴展到了絕對極限。

「這是各方的學習過程，」米勒總結道。「 Boom設計了一個對我們來說是陌生的零件家族，真正推動了減輕重量和薄壁幾何形狀的發展，從鈦金屬上印刷這些部件以及從印刷物理學中獲得什麼，我們還有很多知識要學習。他們。」

3D列印「飛行關鍵」引擎組件

近年來，許多公司已經開發了對飛行至關重要的發動機部件，即對飛機安全至關重要的部件，有些公司甚至獲得了其在商用飛機中的最終用途的認證。

例如，霍尼韋爾航空航天公司（Honeywell Aerospace）的3D列印＃4/5軸承座已獲得 美國聯邦航空管理局（FAA）認證。該公司的飛機部件是Dassault Falcon 20G海上巡邏飛機中使用的ATF3-6渦扇發動機的關鍵結構部件 。

Additive Flight Solutions（AFS）已與3D印表機製造商Stratasys和新加坡飛機專家SIA Engineering Company（SIAEC）合作，以獲得其零件的AS9100D認證。該認證表明，AFS的組件符合管理航空，航天和國防部門的嚴格質量管理準則。

在其他地方，俄羅斯國家支持的高級研究基金會（FPI）和聯邦國家統一企業（VIAM）已對其3D列印的MGTD-20渦輪發動機進行了飛行測試。該發動機通過無人飛行器進行了測試，據報導該無人機的速度達到了154 km / h。


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