Ứng dụng in 3D trong chế tạo bộ phận cho máy bay chiến đấu của không quân Hoa Kỳ

Vào những năm 1980, Không quân Hoa Kỳ đã mở ra cuộc chiến mà ngày nay được gọi là Cuộc chiến động cơ lớn dành cho hệ thống động cơ đẩy để cung cấp năng lượng cho các phi đội F-16 và F-15 của mình. Ngay thời điểm đó, GE đã nhìn thấy cơ hội để trở thành nhà cung cấp động cơ cho máy bay chiến đấu và phi cơ. Các kỹ sư của GE đã phát triển động cơ cho máy bay ném bom siêu thanh B-1. Động cơ máy bay này – còn được gọi là lõi – còn được phát triển để thiết kế một động cơ phản lực mới, F110.

Ngày nay, Lực lượng Không quân luôn tìm kiếm những cách tốt nhất, nhanh chóng nhất để mua các bộ phận, bao gồm cả những phụ tùng thay thế quan trọng mà lực lượng này cần cho những chiếc máy bay đã hoạt động trong nhiều thập kỷ. Các kỹ sư của GE đang chế tạo nắp thùng đựng dầu bằng công nghệ in 3D cho động cơ GE F110. Bể dầu là một phần của hệ thống bôi trơn dầu, và nắp bể là một bộ phận quan trọng của động cơ. 

Thách thức: Phụ tùng thay thế cần đảm bảo luôn sẵn sàng

Văn phòng Lực lượng phản ứng nhanh của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ (RSO) có nhiệm vụ tăng cường khả năng sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ bằng cách nhanh chóng xác định, áp dụng và mở rộng quy mô công nghệ cần thiết cho hoạt động và duy trì đội bay của mình. Với một số lượng đáng kể máy bay sắp bước vào thập kỷ phục vụ thứ sáu, những khó khăn trong việc tìm nguồn cung ứng và sản xuất phụ tùng thay thế tiềm ẩn rủi ro đáng kể.

Kinh nghiệm của GE đủ điều kiện và chứng nhận các thành phần kim loại được sản xuất bổ sung đáp ứng các yêu cầu quy định nghiêm ngặt của lĩnh vực hàng không thương mại được RSO quan tâm khi Lực lượng Không quân tiếp tục định hình lộ trình chứng nhận và đủ điều kiện bay bằng phụ gia kim loại của riêng mình.

Chiến lược

Sự hợp tác của GE với RSO là lần đầu tiên nhóm kỹ thuật và chuỗi cung ứng của GE Additive và GE Aviation hợp tác vì lợi ích của khách hàng bên ngoài. Lực lượng Không quân muốn:

Tiến nhanh để đạt được khả năng và năng lực sản xuất bồi đắp kim loại, càng nhanh càng tốt, nhằm cải thiện tính sẵn sàng và tính bền vững.
Khám phá cách loại bỏ nhanh chóng các rủi ro liên quan đến vật đúc và điều tra cách phụ gia kim loại có thể thay thế vật đúc cho những bộ phận không còn được sản xuất hoặc khi chúng cần hoạt động sản xuất nhỏ hơn để duy trì hoạt động của nền tảng của chúng tôi.
Lực lượng Không quân Hoa Kỳ và GE đã quyết định dựa trên một chương trình dựa trên mô hình “phát triển xoắn ốc” (dựa trên một khái niệm thường được sử dụng để nâng cao khả năng phát triển phần mềm) với độ phức tạp và quy mô tăng dần theo từng giai đoạn. Trong chương trình này, độ phức tạp bao gồm việc chuyển từ nhận dạng bộ phận đơn giản hơn, tiến tới hợp nhất bộ phận và nhóm bộ phận, và cuối cùng giải quyết các thành phần và hệ thống phức tạp, chẳng hạn như bộ trao đổi nhiệt lõi chung.

Kết quả

Nhóm GE Additive – do James Bonar đứng đầu – đã hợp tác chặt chẽ với nhóm GE Aviation để xây dựng công việc thăm dò nắp bể chứa, vốn được đúc thông thường bằng nhôm. Nhóm của Bonar đảm bảo đáp ứng các phương pháp thiết kế mạnh mẽ trong quá trình tinh chỉnh các thông số và quy trình quay số tại Trung tâm Công nghệ Phụ gia (ATC) của GE Aviation ở Cincinnati. Các máy GE Additive Concept Laser M2 , chạy coban-chrome tại ATC, đã được sử dụng cho các chế tạo đầu tiên của nắp bể chứa được sản xuất bổ sung.

Giai đoạn 1b đã được lên kế hoạch phù hợp với mô hình phát triển xoắn ốc, tăng thêm độ phức tạp để tập trung vào vỏ nắp bể chứa nước, một nhóm bộ phận trên động cơ TF34 – đã hoạt động được hơn 40 năm. Khi chương trình bước vào giai đoạn tiếp theo, nhóm kết hợp của Không quân Hoa Kỳ và GE nhận thấy mình đang ở một điểm giao nhau thú vị: giải quyết nhanh chóng các vấn đề ngày hôm nay để đáp ứng nhu cầu duy trì và sẵn sàng ngay lập tức của Không quân Hoa Kỳ, đồng thời chuyển sự chú ý sang ngày mai và việc bổ sung sẽ phát triển như thế nào và cung cấp thông tin cho thiết kế, sản xuất và chứng nhận về những điều chúng tôi chưa từng thấy trước đây trong lĩnh vực hàng không vũ trụ thương mại và quân sự.