据航空之家获悉，在一个安静的实验室里，一些非同寻常的事情正在发生。Boom Supersonic利用无声激光和近750磅的金属粉末，正在建造喷气发动机的核心。它不是在一个有锻造厂和铸造厂的工厂里，而是在一个大约有一个小冰箱大小的盒子里，这是增材制造。
3D打印正在改变喷气发动机的设计和测试，增材制造通常被称为3D打印，正在改变Boom设计、制造和测试Symphony™喷气发动机的方式，Symphony是为超音速客机Overture提供动力的发动机。
虽然航空航天业最近接受了3D打印，但Boom是早期采用者，可以追溯到该公司的超音速演示飞机XB-1的开发。
现在，随着Symphony发动机项目的进行，Boom正在加倍投入这项先进技术，不仅是为了节省速度和成本，也是为了从根本上重新思考如何将复杂的系统变为现实。
以下是一段与Boom增材制造工作Ruslan Pshichenko的沟通，讨论了Symphony、sprint核心、金属以及将粉末转化为动力的微妙魔力。
Q： Boom如何将增材制造整合到Symphony的开发中？
我们正在使用增材制造技术在sprint core的核心快速原型化金属部件，这是为Symphony准备的测试品。Sprint核心包括任何喷气发动机中最复杂和最关键的部分。通过隔离这一部分，可以在相关压力和温度下测试Symphony的热性能和结构性能，而无需预先构建整个发动机。增材制造使我们能够比传统方法更快、更高效地生产sprint核心的关键部件。
Q： 究竟什么是核心？
Sprint核心是Symphony的核心部分，作为独立的测试构建。它包括高压压缩机、燃烧室和高压涡轮机（本质上是发动机的“热”部分）。
通过仅测试核心，可以在不构建整个发动机的情况下收集燃烧、热负荷和旋转机械的数据。这种分阶段开发方法有助于我们更快地迭代和管理技术风险。
Q： 您为Symphony打印哪些发动机零件？
我们总共打印了193个零件。所有这些都是sprint核心产生推力所必需的功能组件。这些包括发动机中一些最先进和热应力最大的零件：
高压涡轮机（HPT）叶片：这些叶片以极高的速度旋转，从燃烧室排出的热气中提取能量，为发动机的前部提供动力。
高压涡轮机（HPT）叶片：这些叶片不旋转。相反，它们以直角将气流引导到涡轮叶片上，提高了效率并防止了损坏。
涡轮中心框架（TCF）叶片：这些叶片有助于理顺涡轮级之间的气流，并有助于发动机的结构完整性。
叶片外部空气密封件（BOAS）：这些密封件围绕叶片尖端，通过防止空气泄漏来帮助保持压力，这对发动机性能和燃油效率至关重要。
虽然这些增材制造的组件不会在最终的Symphony发动机上飞行，但它们是完全可运行的，对于验证核心架构至关重要。在Symphony上，这些零件将被更传统的制造方法所取代。
你能看出区别吗？以上是HPT叶片的三种不同支撑策略。提示：中间的策略失败了。
Q： 3D打印对Boom来说是新的吗？
一点也不。我们在2017年建造XB-1时开始使用增材制造。事实上，其近350个非结构部件是使用热塑性塑料打印的。
XB-1的大多数3D打印组件都是用ULTEM™9085 CG打印的，ULTEM™是一种阻燃、高性能的热塑性塑料，具有优异的耐热性和高强度重量比。对于这些非关键部件，Boom很早就与增材制造行业的领导者Stratasys合作，并在XB-1的大部分构建中使用了他们的三台FDM（熔融沉积建模）打印机：Stratasys F900、450mc和F370。
XB-1有21个3D打印的钛零件，其中一些是由VELO3D开发的。钛是高温区域的理想选择，特别是在发动机附近，因为它相对于其重量具有优异的耐热性。虽然其他金属比钛具有更好的耐热性，但它们要重得多。
早期的经验帮助我们建立了增材制造的内部专业知识，现在正在为Symphony扩大规模。Stratasys的3D打印在XB-1的开发中发挥了重要作用，并继续帮助Boom加速整机和发动机的开发。
Q： Boom为Symphony使用哪台打印机？
我们选择了EOS M 400-4，这是一款以可靠性和制造量而闻名的高性能金属3D打印机。M400-4还具有4个激光器，可同时工作以加快生产速度，这使其与其他打印机不同。EOS在金属增材制造领域拥有30多年的经验，在航空航天领域备受信赖，是我们的正确选择。
其400mmx400mmx400mm（15.7x15.7 x 15.7英寸）的构建体积使每次运行可以生产更多的零件，这有助于减少机器时间和成本。
Q： 是什么让打印金属具有挑战性？
很多，事实上。与塑料3D打印不同，使用金属粉末需要深度过程控制和迭代。每一步都是确保零件能够承受喷气发动机核心内部极端温度、压力和振动的关键。
以下是一些最大的挑战：
支持策略：
打印时，每个零件都必须使用支撑结构牢固地连接到构建板上。糟糕的支撑策略可能会导致零件在制造过程中翘曲、移位甚至失效，尤其是在打印涡轮机叶片和叶片等复杂形状时。在投入全面生产运行之前，经常进行“去风险”打印以验证设置。支撑策略是一种微妙的平衡，在为零件成功打印提供足够的支撑之间，但不要太多，以免删除支撑柱打印变得极具挑战性。
去垢：
一旦打印完成，零件就会被包裹在未使用的金属粉末中。使用专门的设备（如Solukon SFM-AT800-S卸粉系统），该设备利用振动和旋转从紧密的内部通道中去除粉末。这对于HPT叶片尤其重要，因为HPT叶片通常具有复杂的内部冷却通道。
去垢之前：在Solukon机器上仔细地将一盘HPT刀片除粉。这些零件将接受尺寸检查，可能不会进入sprint核心。该团队将等待最终检查结果，然后再确定零件是否可以切割。
去垢之后：随着脱粉过程几乎完成，最终零件可以可视化。这一特定时刻是在Solukon机器对叶片进行除粉之前。仔细看，仍然可以看到构建板上的粉末碎片。
后处理和检查：
脱粉后，零件会经过几个后处理步骤：
HIP（热等静压）：施加热量和压力以密封内部空隙。
热处理：稳定微观结构，提高零件强度。
尺寸检查、X射线和CT扫描确认零件符合严格的公差，没有缺陷。
去垢：
支撑结构由与零件相同的材料制成，通常是高温合金，因此去除它们是一个缓慢而小心的过程。根据复杂性的不同，它通常涉及机械加工、电火花加工或手工工作。
sprint核心叶片的晶格结构（位于叶片和构建板之间）。
Q： 你们用什么金属合金来打印发动机零件？
Boom正在使用Haynes®282®，这是一种伽马射线强化的锻造镍基高温合金，专为航空航天和工业燃气轮机的高温结构应用而设计。Haynes 282在较低温度下具有优异的蠕变强度、可焊接性和热稳定性，使其成为涡轮叶片和冲刺堆芯叶片的理想选择。
开发这样的超合金是它自己的材料科学领域。它涉及对化学成分、微观结构和热处理周期的精确控制，以平衡强度和疲劳寿命。一旦经过验证，合金就会扩大规模，进行可制造性测试，并获得在预期应用中使用的认证。
Q： 增材制造如何帮助您加快Symphony的时间表？
这归结为速度、灵活性和迭代。3D打印大大缩短了交付周期，并比传统的铸造或锻造更快地进行设计更改。对于Symphony这样的程序，可以尝试新想法，测试它们，并比传统方法更快地实施更改。
增材制造与其他内部人工智能和数字设计工具相结合，使Boom能够将传统的发动机开发周期缩短数年。
Q： Symphony一旦投入使用，任何3D打印部件都会在上面飞行吗？
最终，是的，但还没有。我们为sprint核心打印的零件是用于测试的，而不是飞行。然而，正在密切关注航空航天业如何向FAA认证的3D打印发动机零件迈进。
Q： 3D打印的发动机零件目前是否在商用飞机上飞行？
是的，但它们主要限于非旋转部件。
例如：GE LEAP发动机包括3D打印的燃油喷嘴。超过10万架已在波音737 MAX和空客A320neo飞机上服役。
GE Catalyst Engines包含300多个3D打印零件，包括燃烧器、热交换器和结构框架。
使用3D打印的旋转部件，如HPT叶片，在整个行业仍处于早期开发阶段，主要是由于认证障碍和抗疲劳问题。这就是为什么sprint-core如此有价值：它让Boom在投入生产之前，在真实的引擎环境中验证这些部件。
Q： FAA是否对3D打印零件进行监管？
FAA将增材制造视为一种特殊工艺，类似于焊接或铸造。“3D打印零件”没有单独的类别，但存在严格的资格和检验标准。关键指导文件之一是AC 33.15-3，其中概述了如何为飞机发动机设计、测试和认证粉末床聚变（PBF）零件。
任何飞行关键部件，特别是旋转部件，在批准使用之前都必须经过广泛的材料、耐用性、耐久性和结构验证。
Q： 你会在sprint核心之外使用增材制造吗？
当然。Boom已经在探索各种支持和冷却系统的3D打印，例如：
用于压力和温度测量的耙
有助于冷却发动机内部的冲击板和管子
因为这些零件通常具有复杂的几何形状，并且比涡轮机部件承受的应力更小，所以它们是增材制造的完美候选者。
安全打印未来
在Boom，增材制造不仅仅是一种工具。这是一种心态。这是关于快速行动、经常测试、从不牺牲安全性，以及拒绝接受航空航天创新必须缓慢发展的事实。随着继续开发Symphony，增材制造仍将是一个关键工具：加速迭代、降低成本，并在发动机开发中释放新的可能性。
