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      人在捷泰

      美國通用電氣助力美空軍形成金屬3D打印能力

      基于“前沿領跑者”(Pacer Edge)計劃的前期成功和勢頭,美空軍和通用電氣(GE)在2021年11月已進入這一金屬增材制造探路者計劃的第3階段。這一階段將直面空軍“冷啟動”持續保障的龐然大物。被視為“冷啟動”的飛機發動機部件是需要300多天采購時間的部件。據估計,美空軍每年有超過800臺發動機要“冷啟動”。

      不到一年就上天的適航3D打印金屬件2021年6月,GE獲得了美空軍對F110發動機的增材制造油箱底殼蓋工程變更提案(ECP)的批準。作為“前沿領跑者”計劃的最新里程碑,該部件是第一個使用金屬增材制造設計和生產、并通過了美國防部實體適航鑒定的發動機部件。GE公司大型軍用工程團隊首席工程師馬特·佐爾溫斯基表示,就像GE90發動機的T25傳感器是GE在商業航空航天領域金屬增材制造部件的美國聯邦航空管理局(FAA)認證探路者一樣,F110發動機油箱底殼蓋為GE更多的軍用增材制造部件的適航鑒定奠定了堅實的基礎。

      美空軍官員內森·帕克表示,該計劃是降低風險和展示增材制造在航空航天領域應用的一項重要舉措,增材制造出飛機發動機部件并獲得軍用適航性的能力是美空軍在增材制造方面邁出的重要一步。美空軍推進局局長約翰斯內登表示,空軍參謀長向空軍人員發出挑戰,要求“加速變革,否則失敗”。整個“前沿領跑者”計劃流程圍繞加速變革理念而構建,F110發動機油箱底殼蓋的研制和適航性批準的執行速度就是一個好的證明,該計劃正在演示和證明的能力將改變軍用航空發動機生產和持續保障的游戲規則,并將解決許多未來空軍的戰備完好性挑戰。依托經驗和數字線索的螺旋式開發,F110發動機油箱底殼蓋的適航性鑒定使該計劃的1a階段結束,整個鑒定過程不到1年,但這也是GE十年的金屬增材工程和制造專業知識的成果。GE團隊對可飛行3D打印金屬部件的商用航空發動機適航性的深入了解,有助于幫助空軍建立自己強大的軍用適航性工藝確認和認證流程。密切合作和知識共享增強了空軍的螺旋式開發方法,即不斷識別、逆向工程和開發技術數據包(TDP),以用于金屬增材制造中日益復雜和尺寸更大的零件。

      馬特指出,作為其更廣泛的持續保障和戰備完好性戰略的一部分,美空軍對增材制造的強烈愿景使空軍的聯合團隊能夠快速前進。他們繼續分享自身的經驗,并開發了一種高效、結構化的工作方式——尤其是在開發鑒定流程和加快設計迭代方面,這種精益的運行效率已經推動了這些成果。該計劃的1b階段包括研究復雜和大型的承力結構,重點是為TF34發動機增材制造已停產的油箱底殼蓋罩,該發動機已服役40多年。

      GE先進材料解決方案總經理麗莎·科羅亞-博克利表示,很高興能與空軍一起踏上這段旅程。增材制造的旅程很棒,但如果有一張好的行程圖和經驗豐富的指南,那就更好了。公司從一個相對簡單的零件開始,但螺旋式開發模式正在形成,它為團隊提供了重點,公司的專家在此過程中提供指導并解決問題。

      GE的專家還專注于數字孿生、基于預測性分析的維護和零件生命周期管理專業知識,能夠補充美空軍的數字工程戰略和內部知識。麗莎表示,人際互動和協作都為公司的工作增加了巨大的價值,但數字化是推動者。增材制造也是一種強大的數字技術,涵蓋從設計和建模到原位監測到檢測和最終質量水平保證的整個過程,在頂層添加數字孿生和預測性分析帶來了新的視野,例如現場系統的系統管理、診斷和維修。

      廷克空軍基地作為適航性

      金屬增材供應鏈中樞GE公司軍用項目主管勞倫·圖辛透露,“前沿領跑者”計劃的后續階段涉及在俄克拉荷馬州廷克空軍基地建立金屬增材制造供應鏈,能夠生產適航組件以支持國防部的維持需求。最近,空軍推進局投資了1000萬美元,為該計劃的其他階段提供資金。這筆資金將加速空軍建制內增材制造能力的發展,以及為軍用發動機、飛機和保障設備設計和打印適航硬件的能力。執行該計劃的團隊正在利用3D打印能力來緩解老舊系統難以采購和過時淘汰的備件限制。

      美空軍推進持續保障部門總工程師梅蘭妮·喬納森認為,F110發動機油箱底殼蓋是一個了不起的探路者,使他們能夠鍛煉美空軍的適航過程。飛機隊列中有許多零件是金屬3D打印的理想候選者。接下來,會專注于優化適航過程,因此它與技術一樣具有響應性。廷克空軍基地推進集成部主管貝絲·迪特默表示,該計劃正在加速空軍對3D金屬打印的廣泛采用,以成建制地解決供應鏈短缺問題,并實現其承諾,即通過大幅縮短交貨時間和創造額外的采購選擇來改善對作戰人員的支持。

      “前沿領跑者”計劃達到

      下一個里程碑GE增材的“前沿領跑者”計劃項目經理亞歷克薩表示,對于空軍和通用電氣團隊來說,首要任務是創建數字3D技術數據包(TDP),用于難以采購的、過時的“冷啟動”部件,并提供四個適航、近凈成形鑄件。這些數據包最終將意味著零件過時淘汰將成為過去。在接下來的幾年里,團隊計劃在空軍的持續保障平臺上創建至少五個數據包,技術復雜性不斷增加。

      第3階段中,團隊已經在位于俄亥俄州辛辛那提的GE增材的工廠的概念激光公司M2系列上使用鈷鉻合金成功地打印了兩個組件,一個曲柄和一個橫軸臂。使用合金718的其他組件的工作也取得了進展。該計劃的目標是在廷克空軍基地建立成建制能力。實現這一目標的方法是確保該計劃中產生的知識產權歸美國政府所有。這將使美空軍和國防部能夠在未來自行打印這些部件。該計劃仍在按計劃進行,目標是在2022年春季向美空軍交付適航的生產鑄件。

      空軍快速持續保障辦公室先進制造項目辦公室主任扎克·米勒表示,通用電氣和空軍的合作使增材制造的使用合法化,以滿足現有供應鏈中目前不支持的老舊飛機的關鍵需求。GE增材的技術客戶經理喬·弗蘭岑表示,在創建3D數據包的同時,公司正在與空軍同行密切合作,將生產能力轉移到廷克空軍基地的維修站。這將為美空軍建立成建制、適航的金屬3D打印能力。

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