Для прототипа сверхзвукового авиалайнера напечатали сотни деталей

Печать пластиком

Задачи

На раннем этапе сборки XB-1 команда Boom ориентировалась на 3D-печать в решении трех типов задач:

• функциональное прототипирование;

• изготовление технологической оснастки;

• производство бортового оборудования по требованию.

Оборудование и материалы

Мощный и надежный Stratasys F900 печатает ULTEM 9085 и ULTEM 9085 CG (материал сертифицированного класса, т.е. каждая его партия проходит расширенное тестирование и документирование).

Это огнестойкие термопластики с высокой ударопрочностью. Команда использовала 9085 для печати направляющих для сверл, а 9085 CG — для деталей, уже установленных на XB-1.

На Stratasys Fortus 450mc команда печатала жесткие направляющие для сверл из суперпрочного нейлона 12 CF, усиленного углеродным волокном.

Для печати на 3D-принтере Stratasys F370 был использован ASA — менее прочный, но экономичный материал.

Все принтеры были задействованы для печати прототипов с целью быстрой проверки совместимости деталей друг с другом и бортовым оборудованием до начала производства.

Опора двигателя и направляющие для сверл

Так, например, команда напечатала переднюю опору наружного двигателя, чтобы проверить ее совместимость с левым и правым двигателями. После нескольких итераций специалисты подтвердили точность геометрии конструкции.

Также F900 и 450mc послужили для производства более 550 направляющих блоков для сверл. Эти детали использовались для тщательной сборки титанового фюзеляжа и других напечатанных приспособлений.

Без 3D-печати изготовление направляющих для сверл заняло бы несколько недель, не говоря уже о десятках тысяч долларов, необходимых для их изготовления из алюминия. Благодаря собственной 3D-печати изготовление тех же деталей заняло всего несколько дней и обошлось дешевле.

Печать титаном

Boom заказала печать 21 детали из титана, включая коллекторы для системы регулируемого перепускного клапана, отводящего избыток воздуха из компрессора двигателя.

Титан идеально подходит для зон с высокими температурами, особенно вблизи двигателей, поскольку он обладает превосходной термостойкостью по отношению к своему весу. Другие металлы обладают лучшей термостойкостью, но при этом значительно тяжелее.

В случае с коллекторами использование фрезеровки, сварки или литья было бы нецелесообразным, т.к. достичь желаемой геометрии удалось только с помощью 3D-печати. Кроме того, на изготовление этих деталей традиционными способами ушли бы недели, если не месяцы.

Печать никелевым суперсплавом

Сердцевина двигателя

В 2025 году Boom Supersonic с помощью лазера, 3D-принтеров и 340 кг металлического порошка создала Sprint Core — самую важную и сложную часть турбовентиляторного двигателя Symphony, разработанного специально для Overture.

3D-печатные компоненты не будут использованы в реальном двигателе, а будут заменены на изготовленные традиционными методами.

Подробно о печати металлом >>

Автономный испытательный образец включал в себя компрессор высокого давления, камеру сгорания и турбину высокого давления. Он предназначался для тестирования термического и структурного поведения Symphony на конкретном участке при соответствующих давлениях и температурах. При этом не потребовалось создавать весь двигатель целиком.

Такой поэтапный подход к разработке позволил быстрее вносить изменения и управлять техническими рисками.

Что еще было напечатано?

В общей сложности было напечатано 193 функциональных компонента, необходимых для создания тяги в двигателе. В их число вошли одни из самых сложных и термически нагруженных деталей:

• лопасти турбины высокого давления: вращаются очень быстро, извлекая энергию из горячих газов, выходящих из камеры сгорания, чтобы приводить в движение переднюю часть двигателя.

• Лопатки турбины высокого давления. Будучи неподвижными, эти детали направляют поток воздуха на вращающиеся лопасти под правильным углом, повышая эффективность и предотвращая повреждения.

• Лопатки центральной рамы турбины: помогают выпрямить поток воздуха между ступенями турбины и способствуют структурной целостности двигателя.

• Наружные воздушные уплотнения лопастей: окружают вершины вращающихся лопастей и помогают поддерживать давление, предотвращая утечку воздуха. Это крайне важно для производительности двигателя и топливной эффективности.

Оборудование

EOS M 400-4 — высокопроизводительный 3D-принтер для печати металлом, известный своей надежностью и большим объемом печати. Машина оснащена четырьмя лазерами, работающими одновременно. Благодаря камере объемом 400 мм x 400 мм x 400 мм можно производить больше деталей за один цикл.

3D-принтеры для печати металлом >>

Материал

Haynes 282 — пластичный никелевый суперсплав, специально разработанный для аэрокосмической отрасли и промышленных газовых турбин. Haynes 282 обладает превосходной ползучестью, свариваемостью и термической стабильностью при низких температурах, что делает его идеальным для лопаток и направляющих турбин в сердечнике.

В чем выгода 3D-печати?

1. 3D-печать позволяет быстро печатать прототипы, быстро менять дизайн и быстро тестировать новые варианты. Печать нескольких итераций занимает всего несколько часов.

Таким образом, команда Boom сэкономила массу времени при сборке, избежала задержек, возникающих, когда деталь от производителя не подходит, и уложилась в график.

2. Детали, изготовленные с помощью 3D-печати, могут быть значительно легче, чем их аналоги из стали и алюминия. Когда таких деталей несколько сотен, как в случае с XB-1, общий вес самолета снижается очень существенно.

3. Нужная геометрия некоторых деталей не могла бы быть получена с помощью традиционных методов производства. Необходимой гибкостью обладает именно 3D-печать.

Что дальше?

Первый полет демонстрационного образца XB-1 состоялся в марте 2024 года. Затем он неоднократно поднимался в воздух и в январе 2025 года трижды преодолел скорость звука.

Сверхзвуковой пассажирский Boom Overture может подняться в воздух в 2026 году. Начало его эксплуатации запланировано на 2029 год. Его пассажировместимость составит 64-80 человека, а максимальная скорость — 2625,16 км/ч. Самолет будет оснащен четырьмя двигателями Boom Symphony.