BOOM SUPERSONIC推出采用VELO3D增材制造的发动机零件

国际金属加工网 2020年10月13日

航空航天公司Boom Supersonic首次推出了XB-1飞机,其特色是由3D打印机制造商VELO3D制造的大量增材制造零

Boom的超音速喷气机在该公司位于科罗拉多州Centennial的机库中首次亮相,其中包括21种主要与发动机相关的3D打印组件。VELO3D首席执行官兼创始人Benny Buller表示,在两家公司的合作下生产的零件标志着超音速旅行的可行性和3D打印零件的航空航天能力的“转折点”。

布勒说:“由于具有挑战性的空气动力学设计必须与卓越的耐用性和高温要求相平衡,因此航空硬件特别难以用3D金属印刷制造。” “ VELO3D的技术允许在最苛刻的操作条件下为任务关键型应用生产轻巧,复杂的设计。”

“我们与BOOM的合作伙伴关系确实是金属增材制造行业的一项进步,而XB-1超音速飞机是航空工业的革命者。”

Boom Supersonic的XB-1飞机

Boom Supersonic成立于2014年,其既定目标是再次使商业超声速航空旅行成为现实。该公司的XB-1原型飞机正在开发中,以作为概念验证,证明其具有2.2马赫(每小时1,687英里)的“序曲”客机的潜力,该飞机计划于2030年投入使用。

XB-1是第一架自主研发的超音速飞机,其定制的复合结构包括3700多个零件,包括起落架,飞行控制执行器和冷却系统。为了解决建造演示飞机的艰巨任务,Boom寻求了两家老牌3D打印机制造商的帮助。

最初,Boom Supersonic与Stratasys合作,利用该公司的F370和Fortus 450mc 3D打印机开发了200多种与XB-1相关的工具,原型和测试台零件。两家公司达成了一项长期协议,该协议超出了原型应用的范围,并且看到Stratasys的F900系统用于生产Boom的超音速飞机的最终用途零件。

在与Stratasys达成新协议后不久,Boom也开始与VELO3D合作,为其客机 开发更多的最终用途零件。当时,VELO3D声称其Sapphire系统经过优化以生产不带支撑的大直径零件,将能够创建增强型航空航天部件,而几乎不需要或无需进行后处理。

在使用VELO3D的机器进行了一系列成功的资格认证试验之后,两家公司继续生产各种3D打印零件,现在这些零件已安装到Boom的XB-1原型中。

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Boom Supersonic的XB-1(在推出前两个月如图)包含3700多个零件。照片由Boom Supersonic提供。

VELO3D的超音速3D打印组件

利用VELO3D的Sapphire系统,Boom能够为其原型喷气机总共进行3D打印21个结构,引擎和环境控制组件,其中一些组件的壁厚仅为0.02英寸。由于许多XB-1的3D打印零件都与引导空气有关,包括叶片,风道和百叶窗,因此它们需要狭窄而复杂,同时还应具有较高的拉伸强度。

飞机的空气动力学部件的几何设计包括高而薄的高纵横比的薄壁,这是传统工艺(例如焊接和铸造)难以制造的。同时,VELO3D的专有SupportFree打印过程可实现高度的设计自由度和质量控制。

结果,Boom能够实现其对飞机的愿景,而不必考虑诸如支撑之类的设计约束。 与Boom的设计工程师密切合作的VELO3D的Gene Miller强调,使用更常规的生产技术不可能实现XB-1的零件。

“ Boom为他们的新型飞机专门设计了所有这些部件,” Miller解释说。“他们为引导流动而创建的独特几何形状类型(着重于减轻重量)无法通过钣金或铸造或任何其他方式完成。为了同时获得复杂设计和减轻重量的好处,唯一的选择是使用金属AM。

“超音速飞行会引入许多不同的现象,而传统航空旅行通常不会遇到这种压力。”

还印刷了许多动臂零件,以供飞机的重要发动机区域使用,包括可变旁通阀(VBV)系统的歧管,NACA管道和两个分流器法兰零件。NACA管道通常用于高速飞机中以捕获外部空气,并将其引导到飞机中以冷却发动机舱,这使得零件在飞行过程中对飞机的安全至关重要。

最终,由于XB-1零件的加工窗口狭窄,因此3D打印XB-1零件非常困难。钛具有极高的耐热性,但是如果冷却速度太快,它就会变脆并易于破裂。而且,尽管传统技术避免了这个问题,但通过机械加工或铸造方法无法复制出该船的超薄设计。

VELO3D最终优化了系统的打印参数,以减少零件中的残余应力,但是Miller承认该项目将公司的现有技术扩展到了绝对极限。

“这是各方的学习过程,”米勒总结道。“ Boom设计了一个对我们来说是陌生的零件家族,真正推动了减轻重量和薄壁几何形状的发展,从钛金属上印刷这些部件以及从印刷物理学中获得什么,我们还有很多知识要学习。他们。”

3D打印“飞行关键”引擎组件

近年来,许多公司已经开发了对飞行至关重要的发动机部件,即对飞机安全至关重要的部件,有些公司甚至获得了其在商用飞机中的最终用途的认证。

例如,霍尼韦尔航空航天公司(Honeywell Aerospace)的3D打印#4/5轴承座已获得 美国联邦航空管理局(FAA)认证。该公司的飞机部件是Dassault Falcon 20G海上巡逻飞机中使用的ATF3-6涡扇发动机的关键结构部件 。

Additive Flight Solutions(AFS)已与3D打印机制造商Stratasys和新加坡飞机专家SIA Engineering Company(SIAEC)合作,以获得其零件的AS9100D认证。该认证表明,AFS的组件符合管理航空,航天和国防部门的严格质量管理准则。

在其他地方,俄罗斯国家支持的高级研究基金会(FPI)和联邦国家统一企业(VIAM)已对其3D打印的MGTD-20涡轮发动机进行了飞行测试。该发动机通过无人飞行器进行了测试,据报道该无人机的速度达到了154 km / h。


(白令三维)

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