Boom Supersonic faz peças para aeronaves XB-1 usando impressão 3D de metal VELO3D

Desde que o último Concorde arrasou os céus em 2003, não houve tentativas de criar aeronaves supersônicas civis que pudessem reduzir o tempo de voo pela metade. Mas novos jatos podem trazer de volta o vôo supersônico na próxima década. Pelo menos quatro entidades dos Estados Unidos estão projetando ativamente aeronaves supersônicas, incluindo o avião comercial da Lockheed Martin e empresas mais novas, como Aerion e Spike Aerospace. O projeto de um avião, em particular, chamou a atenção em 2020. O protótipo do veículo XB-1 da Boom Supersonicrevelado no hangar da startup em Denver, trouxe o sonho de retornar às viagens aéreas supersônicas mais perto da realidade.

A aeronave XB-1 é um demonstrador em escala de um terço da Overture, o futuro avião supersônico de três motores e 55 passageiros da empresa, que ecoa a forma anterior do Concorde. Exceto que o XB-1 ofereceu a seus criadores a oportunidade de explorar projetos e tecnologias de fabricação mais avançados do que os disponíveis para os engenheiros do Concorde. Isso incluiu tecnologias de manufatura aditiva (AM) para produzir alguns dos projetos de peças mais complexos.

Existem muitos motivos para escolher essa tecnologia [impressão 3D] em vez de outras. Há uma grande flexibilidade de design no uso de materiais impressos em 3D.

afirmou Byron Young, Engenheiro de Estruturas de Propulsão da Boom.

Os engenheiros estão sempre tentando implementar a economia de tempo em um trabalho. Muito do tempo e do esforço no projeto de aeronaves vai para as juntas, as interfaces entre os componentes. Projetando diretamente para AM, podemos reduzir o número de peças e juntas, reduzindo o tempo e o esforço líquido. E a consolidação de peças reduz quantidades significativas de peso, algo que é uma grande prioridade no projeto de aeronaves.

No total, 21 peças desafiadoras de titânio foram impressas em 3D para o XB-1, muitas delas relacionadas à canalização de ar que pode exceder 500 graus Fahrenheit e conter palhetas, dutos e venezianas geometricamente complexas que exigiam uma abordagem de design baseada na superfície. Crescimento baseou na tecnologia de impressão de metal 3D de ‘VELO3D da próxima geração de fusão a laser pó-cama (LPBF) Sapphire tecnologia e trabalhou em estreita colaboração com os produtos Duncan Máquina (DMP) engenheiros, o parceiro da cadeia de suprimentos que lidou com ambos impressão e pós-processamento. A parceria foi um sucesso, pois a equipe do Boom descobriu que o processo de AM era mais complicado do que eles imaginavam, mas poderia cumprir a intenção do projeto original.

Tendo estabelecido um relacionamento com a VELO3D em algumas peças de teste em 2019, a Boom com sede no Colorado escolheu o sistema Sapphire da empresa para produzir vários componentes de titânio impressos (uma versão direita e uma versão esquerda para muitos deles) localizados em áreas críticas do avião. Isso incluiu coletores para o sistema de válvula de desvio variável (VBV) que direciona o ar liberado pelo compressor do motor para a linha de molde externa da aeronave (OML) e venezianas de saída para o sistema de controle ambiental (ECS) que resfria a cabine e o compartimento do sistema. Além disso, venezianas que direcionam o fluxo de sangria secundária da entrada central para o OML, duas peças de flange desviador e dutos NACA-freqüentemente usados ​​em aeronaves de alta velocidade para capturar o ar externo e canalizá-lo para a aeronave para resfriar os compartimentos do motor.

O sistema Sapphire da VELO3D imprime peças de titânio para o XB-1 da Boom Supersonic. Imagem cortesia de Boom Supersonic.

Young disse que ficou impressionado com a capacidade da Sapphire de produzir os designs de paredes extremamente finas das peças com precisão, permitindo que a equipe de engenharia imprima paredes tão finas quanto 20 mil (0,02 polegadas), com um acabamento de superfície que não requer usinagem adicional na maioria casos.

De acordo com novos dados que surgiram de um estudo de caso da Boom, a alta relação de aspecto (altura x largura) possibilitada pelo sistema de recobrimento sem contato da VELO3D distribui cada nova camada de metal em pó fundido por lasers duplos – foi outra vantagem. Para remover a massa, as palhetas nas venezianas de sangria da entrada central foram impressas vazadas e as peças foram projetadas com altas relações de aspecto (paredes muito finas ao longo de vãos longos). A tecnologia VELO3D forneceu a capacidade de imprimir uma relação de aspecto muito alta neste tipo de design sem excesso de material para fornecer resistência dentro das estruturas.

Impressora VELO3D’s Sapphire metal 3D. Imagem cortesia de VELO3D.

Um dos desafios mais significativos do projeto foi trabalhar com o material de titânio das peças impressas em 3D. Os engenheiros da AM da DMP disseram que há menos perda de resistência em altas temperaturas com titânio do que com alumínio ou fibra de carbono. No entanto, o titânio leve e extremamente resistente ao calor, amplamente utilizado em toda a indústria aeroespacial para componentes críticos, também tem a reputação de ser delicado e difícil de trabalhar, não importa como seja fabricado.

Este foi um processo de aprendizagem por todos os lados.

disse Gene Miller, engenheiro de aplicações da VELO3D.

Boom projetou uma família de peças que era nova para nós, realmente empurrando os envelopes para redução de peso e geometrias de parede fina, e tínhamos muito que aprender no que diz respeito à impressão desses componentes em titânio e o que esperar da física da impressão . Como isso vai se mover? Como isso vai mudar? O que pode ser impresso sem suportes e quais áreas precisam ser apoiadas para que o resultado seja nominal?

No entanto, o sistema Sapphire da VELO3D é construído com uma mentalidade de semicondutor na garantia de qualidade, garantindo repetibilidade e confiabilidade em toda a fabricação em série. Esse processo AM proprietário otimiza os parâmetros e sequências de impressão para produzir peças robustas de titânio, reduzindo a quantidade de tensões internas no substrato à medida que o material é acumulado, indicou Miller, diminuindo a possibilidade de trincas por mitigar tensões internas formadas durante o resfriamento.

Peça de titânio impressa em 3D para o XB-1 da Boom Supersonic. Imagem cortesia de Boom Supersonic.

Depois que as peças de titânio da Boom foram impressas em 3D, os engenheiros cortaram facilmente a placa de construção com serra ou corte com fio Electrical Discharge Machining (EDM), um processo de produção eletrotérmico. Os maquinistas do DMP alegaram que o pós-processamento era relativamente simples, em comparação com as peças feitas em outros sistemas AM que eles usavam anteriormente.

Depois de cortar a placa de construção, tínhamos muito pouco a fazer na pós-usinagem, exceto a remoção mínima de suporte.

revelou o engenheiro Aaron Miller da DMP AM.

Você não tem nenhum suporte minúsculo em pequenas fendas ou lugares difíceis de alcançar porque a tecnologia SupportFree elimina a necessidade deles. As peças saem do sistema Sapphire quase prontas, precisando apenas de um pequeno trabalho manual com uma chave de fenda ou moedor. Também alargamos os furos piloto (em peças maiores a serem unidas) com uma fresa para garantir que eles tenham o tamanho correto. Depende de parte, mas provavelmente apenas meia hora de usinagem por peça, o que não é grande coisa.

Passagens de fluxo interno dos coletores da fuselagem da válvula de sangramento variável do XB-1, impressos em 3D por VELO3D. Imagem cortesia de VELO3D.

Os engenheiros também explicaram que as peças acabadas foram tratadas termicamente ou processadas por prensagem isostática a quente (HIP) para aumentar a durabilidade da fadiga. Principalmente quando há componentes de vôo que podem ser carregados ciclicamente durante a decolagem e o pouso. O vôo supersônico introduz muitos fenômenos e tensões diferentes geralmente invisíveis em viagens aéreas convencionais, descreveu Young. As principais forças aplicadas geralmente não são cargas de pressão de quebrar a barreira do som. Em muitos casos, a tensão induzida é causada pela flexão da estrutura geral da aeronave em torno das peças impressas em 3D.

Além disso, Young descreveu que quando peças com coeficientes de expansão térmica diferentes são montadas umas nas outras, tensões significativas também podem resultar (isso inclui compostos de carbono e alumínio, além de titânio). Mas projetar essas peças impressas em 3D para serem muito finas e flexíveis pode, na verdade, mitigar alguns desses problemas. Depois do sucesso das peças de titânio impressas em 3D para o demonstrador XB-1, podemos certamente esperar que a Boom continue colaborando com empresas de impressão 3D para criar peças mais desafiadoras.

Overture supersônico para 55 passageiros previsto para ser revelado em 2025. Imagem cortesia de Boom Supersonic

Os voos comerciais da Overture estão programados para começar antes do final da década, com centenas de rotas potenciais já identificadas. Duas grandes companhias aéreas – Virgin Group e Japan Airlines – já encomendaram um coletivo de 30 aeronaves. Para fazer isso, a Boom espera expandir sua força de trabalho de 100 pessoas para cerca de 500, aumentar a produção para mais de 1.000 funcionários de manufatura e estimar o desenvolvimento e a certificação da Abertura de US$ 6 bilhões (a empresa já arrecadou mais de US$ 196,1 milhões) . Além de assumir a tarefa de imprimir com sucesso peças metálicas complexas em 3D, a Boom também está tentando gerenciar o pouso e a decolagem sem usar pós-combustores e trabalhando para otimizar a eficiência do combustível e minimizar os requisitos de manutenção.

Fonte: 3DPrint.com

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Posts Relacionados

Comece a digitar sua pesquisa acima e pressione Enter para pesquisar. Pressione ESC para cancelar.

De volta ao topo