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Boom超音速飞机XB-1,配备21个VELO金属3D打印的发动机部件

2020年10月10日消息,航空航天公司Boom Supersonic近日推出了XB-1超音速飞机,这款飞机最大的特点是使用了许多增材制造部件。

Boom的超音速飞机在科罗拉多州Centennial的机库中亮相,包括21个主要与发动机相关的3D打印部件。据VELO3D的首席执行官兼创始人Benny Buller称,在两家公司的合作下生产的部件标志着 "3D打印部件在航空航天能力的转折点"。

Buller说:"由于飞机部件要求空气动力学设计,卓越的耐用性和耐高温,所以航空硬件特别难以用金属3D打印制造,VELO3D的技术可以在最严苛的操作条件下为关键应用生产轻质、复杂的设计。"

"我们与BOOM的合作确实是金属加工业的一大进步。"

Boom Supersonic的XB-1飞机 

Boom Supersonic公司成立于2014年,目标是让商业超音速航空旅行成为现实。XB-1原型机是作为概念验证而开发的,展示了具有2.2马赫(1,687英里/小时)速度客机的潜力,他们的目标是在2030年前投入使用。

XB-1代表了第一架自主研发的超音速飞机,结构由超过3700个部件组成,包括起落架、飞行控制执行器和冷却系统。为了解决建造演示机的巨大任务,Boom找来了两家成熟的3D打印机制造商。

最初,Boom Supersonic与Stratasys合作,利用F370和Fortus 450mc 3D打印机开发了200多个与XB-1相关的工具、原型和测试台部件。两家公司随后达成了一项长期协议,协议不仅限于原型设计应用,还将Stratasys的F900系统用于生产Boom超音速飞行器的最终使用部件。

在与Stratasys达成新协议后不久,Boom公司也开始与VELO3D合作,为客机开发更多的最终使用部件。当时,VELO3D称,其蓝宝石系统经过优化,可以在没有支撑物的情况下生产大直径零件,可以在很少或没有后处理的情况下创造出增强型航空部件。

在使用VELO3D的机器进行了一连串成功的试验后,两家公司共生产了多种3D打印部件,现在这些部件已经安装在Boom的原型机XB-1上。

VELO3D的超音速3D打印部件

利用VELO3D的蓝宝石系统,Boom已经能够为原型喷气机3D打印总共21个结构、发动机和环境控制部件,其中一些部件的壁薄至0.02英寸。由于XB-1的许多3D打印部件都与引导空气有关,包括叶片、管道和百叶,因此它们需要狭窄而复杂,同时还需要具有高水平的抗拉强度。

△VELO3D的蓝宝石3D打印机

飞机空气动力学部件的几何设计包括薄壁和长宽比,这些都是传统工艺(如焊接和铸造)难以制造的。同时,VELO3D专有的无支撑打印工艺可以实现高度的设计自由和质量控制。

因此,Boom能够实现其对飞机的设想,而不必考虑设计任何限制,如支撑。VELO3D的吉恩-米勒(Gene Miller)与Boom的设计工程师紧密合作,他强调,XB-1的零件使用传统的生产技术是不可能的。

超音速飞机,对金属零件的功能、性能和精度要求都很高。VELO3D的无支撑Intelligent Fusion技术(详见《无支撑金属3D打印“卡脖子”技术曝光,VELO3D累计获10亿元融资》),让金属3D打印实现更高的控制和设计自由度,克服现有的设计局限性、结构不一致的挑战。

△传统金属3D打印需要支撑(左),VELO3D则无需支撑(右)

Miller解释说:"Boom专门为他们的新型飞机设计了所有这些零件,他们创造的独特的几何形状类型,用于引导流动,并专注于减轻重量,无法用金属板、铸造或任何其他方式来完成。要想同时获得复杂设计和减重的好处,唯一的选择就是用金属增材制造来做。"

Boom的一些部件也被打印出来,用于飞机重要的发动机区域内,包括可变旁通阀(VBV)系统的歧管、NACA管道和两个分流法兰部件。NACA管道经常用于高速飞机中,以捕获外部空气,并将其导入飞机以冷却发动机舱,因此这些部件对飞行器在飞行过程中的安全至关重要。

最终,用钛金属3D打印XB-1的零件被证明是非常困难的,因为这种材料的加工窗口很窄。钛具有超强的耐热性,但如果冷却过快,就会变得很脆,容易开裂。更重要的是,虽然传统技术避免了这一问题,但该飞行器的超薄设计本来就不可能用机械加工或铸造方法重现。

VELO3D最终优化了其系统的打印参数,以减少零件的残余应力,但Miller承认,这个项目已经将公司现有的技术拉伸到了绝对极限。


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