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，南极熊获悉，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。
△Boom Supersonic的XB-1，由3700多个零件组成，图片来自Boom Supersonic
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。
△超音速飞机引擎测试
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。
△视频：超音速喷气客机XB-1
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