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英皇家空军首次在台风战机上安装电子束3D打印部件

AM易道

发布时间:08-12 20:33

8月初,英国皇家空军科宁斯比基地发生了重要的事:


台风ZK309战机装上了第一个3D打印的钛合金部件。


这个"Anti-Yaw Spigot"反偏航插销看似普通,标志着军用增材制造从实验室走向前线的关键时刻。



这个临时替换部件由Wayland公司的Calibur3 电子束增材系统打印制造,用于连接战机武器系统与机翼的挂架组件。


从扫描损坏部件到安装完成,整个过程大幅缩短了传统供应链的等待时间。


一个小插销的大学问


或许你会问,什么是反偏航插销?


战机在空中飞行时,如果机翼下挂载的导弹或炸弹如果发生左右摆动,就像钟摆一样晃来晃去,这种现象叫做偏航。


反偏航插销就是防止这种摆动的关键部件,它牢牢地将武器系统锁定在挂架上,确保飞行员在高速机动时不会因为武器摆动而影响飞机的稳定性。


这个看起来不起眼的小插销,实际上关系到飞行安全和作战效能,是连接武器系统与机翼挂架组件的重要一环。



正是这样一个功能关键却结构相对简单的部件,成了3D打印技术在英国军用航空领域的典型应用。


电荷中和:解决EBM难题


我们试图深入理解Wayland的Calibur3系统采用的NeuBeam电子束熔化技术。


想象一下静电让头发竖起的场景:


传统电子束就像在金属粉末上产生了这种静电效应,粉末颗粒相互排斥、四处飞散。


传统的电子束增材制造存在一个根本性问题:


金属粉末颗粒外表面的氧化层是电绝缘的,这意味着电子会粘附在粉末颗粒外部,导致电荷积累。


这种电荷积累可能引起粉末颗粒相互排斥、分散,甚至产生烟雾事件,被迫终止打印过程。



NeuBeam技术通过注入正离子流来中和电荷。


这种电荷中性的过程只对正在打印的零件区域加热,而不是整个粉末床。


当消除了与这种充电相关的风险时,电子束熔化看起来更像激光烧结,但效率更高。


技术对比
传统EBM
NeuBeam技术
熔池数量
1个
32-64个同时活跃
粉末状态
预烧结饼状
自由流动
后处理需求
线切割+退火处理
最小化支撑即可
气体要求
昂贵惰性气体
普通氩气
残余应力
需要应力消除
天然无应力


这种技术突破使得打印出的钛合金部件完全致密、无应力,无需进一步热处理来消除应力或增强机械性能。



延伸阅读:电子束3D打印:无支撑生产的新境界


从1到64:多熔池技术的生产率革命


选择钛合金作为这次历史性安装的材料并非偶然,在航空航天领域,钛合金以其出色的强重比、耐腐蚀性和高温性能著称。


但传统制造工艺中,钛合金的加工困难、成本高昂一直是行业痛点。


NeuBeam实现了前所未有的多熔池同时打印能力。其具有32-64个同时活跃熔池。



Calibur3系统目前已验证了钛合金和CM 247超合金的NeuBeam工艺,但验证工作仍在进行中。



这种材料开放性正是Wayland相信能推动增材制造向前发展的关键因素。


延伸阅读:博士论文分享:钛合金电子束3D打印的工艺研究宝典


从等待零件到制造零件:供应链哲学的根本转变


从更宏观的角度看,让我们把视角从技术拉回到战略层面。


71中队中队长约翰·默瑟解释说;


"虽然3D打印部件不是永久性解决方案,但它展示了英国皇家空军如何在不被供应短缺延误的情况下保持飞机飞行。"



这句话背后隐藏着军用航空维修的一个核心矛盾:


现代军机的复杂性与传统供应链的缓慢性。


台风战机作为第四代多用途战斗机,其部件供应链涉及多个国家和供应商。


从公开信息查阅,2025年,全球共有138架台风战机在役,但其中许多部件的供应可能需要数月甚至数年时间。



这种按需制造的理念正在重塑整个军用装备保障模式,尤其是在制造能力匮乏的西方。


延伸阅读:普惠航空发动机3D打印修复用的可能是电子束!


从台风到暴风:循环制造的未来图景


从技术演进的角度看,有趣的是,英国皇家空军还在推进另一个项目:


"Tornado 2 Tempest"回收项目,将退役的狂风战机零部件处理成金属粉末,用于3D打印适用于暴风战机的新部件。


延伸阅读:军工循环经济有意义吗?罗罗用报废战机3D打印下一代战机引擎


体现了一个由3D打印驱动的趋势:从线性制造模式向循环制造模式的转变。


暴风战机是英国皇家空军的下一代作战飞机,将从2035年开始服役,取代台风战机提供的能力。



而增材制造,使得这种废料变新品的循环制造成为可能。


Wayland的商业逻辑:从技术到市场的完整闭环


而这一切技术突破的背后,让我们回到Wayland这家公司。


2023年,Wayland在B轮融资中筹集了460万英镑,使公司总融资接近800万英镑。



投资方包括专注于国防技术的伦敦风投公司Metrea Discovery。


Wayland最近加大了Calibur3机器的生产,意识到他们需要"满足前所未有的需求"。


目前,Wayland有6台机器在生产中,计划到2023年底再生产10台,2024年再生产24台。


这种生产扩张反映了市场对电子束增材制造设备需求的增长。


2023年5月,美国EWI公司完成了对Wayland Additive Calibur3机器的采购,标志着这项电荷中和技术在全球范围内的认可。



从临时到永久:一场正在发生的制造业变化趋势


虽然英国皇家空军强调这次安装的部件是临时性的,但AM易道认为,这种临时性可能正在变成常态化。


随着材料科学和打印技术的进步,让3D打印材料兼容性提升,3D打印部件从临时替代品到永久解决方案的转变可能比预期更快。


事实上,3D打印不仅能临时修复,还能制造经过认证的永久部件,同时保持严格的安全和性能标准。


延伸阅读:复合材料3D打印零件代替金属上飞机,看航空经典案例



当电子束在真空中击中钛合金粉末的那一刻,不再是钢铁洪流,不再是规模制胜,而是数字文件、按需制造、即时修复和3D打印技术的融合。


我们认为,和很多媒体解读的不同的是,这绝不是英国皇家空军第一次将3D打印零部件用于先进的军事航空。


但本案例应是电子束增材零部件第一次认证后用于台风战机的修复件。


延伸阅读:英国3D打印微喷涡轮引擎将为攻击无人机提供动力



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