2020年10月，航空航天公司Boom Supersonic推出了XB-1飞机，该飞机总共配备了21个3D打印组件。现在，该公司已经发布了一个全面的案例研究，提供了一个更深入的设计、制造和完成的协和式超音速飞机。

Boom选择采用增材制造的主要因素是设计灵活性、减轻重量和节省时间，Boom使用VELO的Sapphire 3D打印机制造了一些XB-1最复杂的零件。


XB-1的3D打印组件

设计：优化重量和热效率

飞机的大多数3D打印零件在某种程度上都与引导空气有关，并且具有复杂的内部几何形状，例如叶片，风道和百叶窗。由于被引导的空气通常超过260°C，因此基于表面的设计方法至关重要。

Boom的工程师Byron Young解释说：“如果快速移动的空气接触到它，我们将从效率和性能的角度来关注该表面。因此，在设计这些零件时，通常先从空气动力学轮廓开始，然后修剪，倒角和加厚曲面以创建实体零件本身。最终的零件非常复杂-这意味着它们肯定需要通过3D打印来制造。”

该公司独特的导流几何形状在设计时还考虑到了重量的减轻–如果要使用钣金或铸件，这种想法根本就不可行。这样，许多组件的壁都非常薄，大约在0.02英寸或750微米左右。

VELO的应用工程师Gene Miller表示，蓝宝石的非接触式涂布机系统使高宽比成为可能：“因为我们的技术提供了在这种设计中打印非常高的长宽比的能力，不需要过多的材料来增强结构内部的强度，我们可以将这些风管叶片长得很高，而不会受到涂覆机的干扰。”


3D打印的空气通道

制造和后处理

3D打印零件由钛制成，钛是航空航天业的主要材料，以其高强度和耐热性而闻名。不幸的是，钛过快冷却也会变脆并容易破裂。据报道，这是Sapphire先进的过程控制功能派上用场的地方，因为该机器能够自动检查关键参数，例如激光对准，光束稳定性和中层粉末床质量。

Miller解释说：“随着材料在Z方向上的堆积，我们减少了基板的内部应力。通过减轻冷却过程中形成的内应力，减少了开裂的可能性。”

打印完成后，借助蓝宝石的SupportFree 3D打印技术，可以将零件从模板上锯下来，并相对容易地进行后处理。细小的缝隙和通道完全没有支撑，而较大的孔需要用螺丝刀或砂轮进行的手工操作最少。总而言之，零件的机械师在每个零件的后处理上仅花费了30分钟。在轮廓仪上的平均表面光洁度约为250 RA，到目前为止，Boom对此感到满意。

最后，对组件进行热处理和热等静压以提高其疲劳寿命–这对于飞行组件而言尤其重要，因为它们在恒定的循环载荷下具有起降作用。

杨总结道:“超音速飞行会带来许多不同的现象和压力，这在传统的空中旅行中是看不到的。主要施加的力通常不是压力载荷，比如打破音障。在很多情况下，它是由于飞机整体结构绕着你的部分弯曲而引起的应力。”


蓝宝石3D打印机的构建室