无支撑金属3D打印技术如何助力实现超复杂钛合金结构？

2021-01-12 09:34

南极熊导读：金属3D打印技术的产业化应用，正在加速。最近国内陆续出现几千万甚至近亿元的金属3D打印大订单。如果你有一些独到的技术，可以解决某些产业应用的核心痛点（例如在保证强度性能的前提下，高度薄壁、极度复杂不希望有支撑结构、高长宽比等需求），就可以开拓出全新的市场业务应用，创造需求！

下面，我们将以全球首款商业超音速飞机Boom（已获得数亿美元融资）的XB－1为例，详细说说无支撑金属3D打印技术如何助力实现超复杂钛合金结构。

2019年，Boom Supersonic团队与VELO3D建立了一些试验部件的合作关系，之后使用下一代激光粉末床融合（LPBF）技术，为XB－1飞机测试生产了一些打印的钛合金部件。这些部件包括：

●可变旁通阀（VBV）系统的歧管，主要用于将发动机压缩机释放的空气输送到飞机的外模线（OML）；

●环境控制系统（ECS）的出口百叶，对驾驶舱和系统舱进行冷却；百叶将中心进气口的二次放气流引导到OML；

●以及NACA管道和两个分流法兰部件，NACA管道经常用于高速飞机，以捕获外部空气并将其导入飞机以冷却发动机舱。

△超音速飞机上的金属3D打印零件位置

所有零件都是在VELO3D蓝宝石系统上打印的。

复杂零件的唯一选择：3D打印

Boom的许多3D打印部件都与引导空气有关，并包含复杂的叶片、管道和百叶。一些通过这些部件的空气超过500华氏度。这些部件的几何复杂性要求采用基于表面的设计方法。Boom工程师Byron Young说：＂快速移动的空气接触到表面，会极大地影响效率和性能的。因此，在设计这些零件时，你通常从空气动力学轮廓开始，然后修剪、切角和加厚表面，一步步建模。由此产生的零件非常复杂，这意味着它们肯定需要通过3D打印来制造。＂

2020年秋天，Boom Supersonic公司的XB－1超音速演示机在丹佛机库亮相，使超音速空中旅行的梦想更加接近现实。XB－1展示了比协和式飞机更先进的设计和制造。使用的是Rolls－Royce劳斯莱斯的航空发动机。

其实，Boom Supersonic设计和工程团队很早就知道3D打印部件已经在许多现有的飞机上安装使用，那时候就已经开始考虑采用增材制造来生产一些最复杂的部件。

Young证实道：＂选择3D打印技术而不是其他技术的原因有很多，使用3D打印有很大的设计灵活性。以前，你可能会通过制造多个零件并将它们焊接或螺栓连接在一起，或者通过使用复杂的碳纤维工具来达到类似的效果。但这需要大量的工程时间，往往也需要更多的制造时间。＂

＂工程师们总是试图在工作中节省时间，飞机设计中的大部分时间和精力都用在了接头、零件之间的接口上。通过直接为增材制造设计，我们可以减少零件和接头的数量，这也减少了时间和工作量。而且零件整合可以削减大量的重量，这也是飞机设计的重中之重。＂