F110發(fā)動(dòng)機(jī)油箱底殼蓋3D打印件。

F110發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行地面臺(tái)架試車。

配裝TF34渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的A-10C攻擊機(jī)。

基于“前沿領(lǐng)跑者”（Pacer Edge）計(jì)劃的前期成功和勢(shì)頭，美空軍和通用電氣（GE）在2021年11月已進(jìn)入這一金屬增材制造探路者計(jì)劃的第3階段。這一階段將直面空軍“冷啟動(dòng)”持續(xù)保障的龐然大物。被視為“冷啟動(dòng)”的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件是需要300多天采購(gòu)時(shí)間的部件。據(jù)估計(jì)，美空軍每年有超過800臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)要“冷啟動(dòng)”（想象一下私家車的發(fā)動(dòng)機(jī)維修換個(gè)件要300多天的話……）。

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(duì)F110發(fā)動(dòng)機(jī)的增材制造油箱底殼蓋工程變更提案（ECP）的批準(zhǔn)。作為“前沿領(lǐng)跑者”計(jì)劃的最新里程碑，該部件是第一個(gè)使用金屬增材制造設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、并通過了美國(guó)防部實(shí)體適航鑒定的發(fā)動(dòng)機(jī)部件。GE公司大型軍用工程團(tuán)隊(duì)首席工程師馬特·佐爾溫斯基表示，就像GE90發(fā)動(dòng)機(jī)的T25傳感器是GE在商業(yè)航空航天領(lǐng)域金屬增材制造部件的美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）認(rèn)證探路者一樣，F(xiàn)110發(fā)動(dòng)機(jī)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

美空軍官員內(nèi)森·帕克表示，該計(jì)劃是降低風(fēng)險(xiǎn)和展示增材制造在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)重要舉措，增材制造出飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)局局長(zhǎng)約翰斯內(nèi)登表示，空軍參謀長(zhǎng)向空軍人員發(fā)出挑戰(zhàn)，要求“加速變革，否則失敗”。整個(gè)“前沿領(lǐng)跑者”計(jì)劃流程圍繞加速變革理念而構(gòu)建，F(xiàn)110發(fā)動(dòng)機(jī)油箱底殼蓋的研制和適航性批準(zhǔn)的執(zhí)行速度就是一個(gè)好的證明，該計(jì)劃正在演示和證明的能力將改變軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)和持續(xù)保障的游戲規(guī)則，并將解決許多未來空軍的戰(zhàn)備完好性挑戰(zhàn)。依托經(jīng)驗(yàn)和數(shù)字線索的螺旋式開發(fā)

F110發(fā)動(dòng)機(jī)油箱底殼蓋的適航性鑒定使該計(jì)劃的1a階段結(jié)束，整個(gè)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(yè)知識(shí)的成果。GE團(tuán)隊(duì)對(duì)可飛行3D打印金屬部件的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航性的深入了解，有助于幫助空軍建立自己強(qiáng)大的軍用適航性工藝確認(rèn)和認(rèn)證流程。密切合作和知識(shí)共享增強(qiáng)了空軍的螺旋式開發(fā)方法，即不斷識(shí)別、逆向工程和開發(fā)技術(shù)數(shù)據(jù)包（TDP），以用于金屬增材制造中日益復(fù)雜和尺寸更大的零件。

馬特指出，作為其更廣泛的持續(xù)保障和戰(zhàn)備完好性戰(zhàn)略的一部分，美空軍對(duì)增材制造的強(qiáng)烈愿景使空軍的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)能夠快速前進(jìn)。他們繼續(xù)分享自身的經(jīng)驗(yàn)，并開發(fā)了一種高效、結(jié)構(gòu)化的工作方式——尤其是在開發(fā)鑒定流程和加快設(shè)計(jì)迭代方面，這種精益的運(yùn)行效率已經(jīng)推動(dòng)了這些成果。該計(jì)劃的1b階段包括研究復(fù)雜和大型的承力結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)是為TF34發(fā)動(dòng)機(jī)增材制造已停產(chǎn)的油箱底殼蓋罩，該發(fā)動(dòng)機(jī)已服役40多年。

GE先進(jìn)材料解決方案總經(jīng)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(jīng)驗(yàn)豐富的指南，那就更好了。公司從一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的零件開始，但螺旋式開發(fā)模式正在形成，它為團(tuán)隊(duì)提供了重點(diǎn)，公司的專家在此過程中提供指導(dǎo)并解決問題。

GE的專家還專注于數(shù)字孿生、基于預(yù)測(cè)性分析的維護(hù)和零件生命周期管理專業(yè)知識(shí)，能夠補(bǔ)充美空軍的數(shù)字工程戰(zhàn)略和內(nèi)部知識(shí)。麗莎表示，人際互動(dòng)和協(xié)作都為公司的工作增加了巨大的價(jià)值，但數(shù)字化是推動(dòng)者。增材制造也是一種強(qiáng)大的數(shù)字技術(shù)，涵蓋從設(shè)計(jì)和建模到原位監(jiān)測(cè)到檢測(cè)和最終質(zhì)量水平保證的整個(gè)過程，在頂層添加數(shù)字孿生和預(yù)測(cè)性分析帶來了新的視野，例如現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)管理、診斷和維修。

廷克空軍基地作為適航性

金屬增材供應(yīng)鏈中樞GE公司軍用項(xiàng)目主管勞倫·圖辛透露，“前沿領(lǐng)跑者”計(jì)劃的后續(xù)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(yīng)鏈，能夠生產(chǎn)適航組件以支持國(guó)防部的維持需求。最近，空軍推進(jìn)局投資了1000萬美元，為該計(jì)劃的其他階段提供資金。這筆資金將加速空軍建制內(nèi)增材制造能力的發(fā)展，以及為軍用發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)和保障設(shè)備設(shè)計(jì)和打印適航硬件的能力。執(zhí)行該計(jì)劃的團(tuán)隊(duì)正在利用3D打印能力來緩解老舊系統(tǒng)難以采購(gòu)和過時(shí)淘汰的備件限制。

美空軍推進(jìn)持續(xù)保障部門總工程師梅蘭妮·喬納森認(rèn)為，F(xiàn)110發(fā)動(dòng)機(jī)油箱底殼蓋是一個(gè)了不起的探路者，使他們能夠鍛煉美空軍的適航過程。飛機(jī)隊(duì)列中有許多零件是金屬3D打印的理想候選者。接下來，會(huì)專注于優(yōu)化適航過程，因此它與技術(shù)一樣具有響應(yīng)性。廷克空軍基地推進(jìn)集成部主管貝絲·迪特默表示，該計(jì)劃正在加速空軍對(duì)3D金屬打印的廣泛采用，以成建制地解決供應(yīng)鏈短缺問題，并實(shí)現(xiàn)其承諾，即通過大幅縮短交貨時(shí)間和創(chuàng)造額外的采購(gòu)選擇來改善對(duì)作戰(zhàn)人員的支持。

“前沿領(lǐng)跑者”計(jì)劃達(dá)到

下一個(gè)里程碑GE增材的“前沿領(lǐng)跑者”計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)理亞歷克薩表示，對(duì)于空軍和通用電氣團(tuán)隊(duì)來說，首要任務(wù)是創(chuàng)建數(shù)字3D技術(shù)數(shù)據(jù)包（TDP），用于難以采購(gòu)的、過時(shí)的“冷啟動(dòng)”部件，并提供四個(gè)適航、近凈成形鑄件。這些數(shù)據(jù)包最終將意味著零件過時(shí)淘汰將成為過去。在接下來的幾年里，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在空軍的持續(xù)保障平臺(tái)上創(chuàng)建至少五個(gè)數(shù)據(jù)包，技術(shù)復(fù)雜性不斷增加。

第3階段中，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)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(gè)組件，一個(gè)曲柄和一個(gè)橫軸臂。使用合金718的其他組件的工作也取得了進(jìn)展。該計(jì)劃的目標(biāo)是在廷克空軍基地建立成建制能力。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是確保該計(jì)劃中產(chǎn)生的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸美國(guó)政府所有。這將使美空軍和國(guó)防部能夠在未來自行打印這些部件。該計(jì)劃仍在按計(jì)劃進(jìn)行，目標(biāo)是在2022年春季向美空軍交付適航的生產(chǎn)鑄件。

空軍快速持續(xù)保障辦公室先進(jìn)制造項(xiàng)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(xiàn)有供應(yīng)鏈中目前不支持的老舊飛機(jī)的關(guān)鍵需求。GE增材的技術(shù)客戶經(jīng)理喬·弗蘭岑表示，在創(chuàng)建3D數(shù)據(jù)包的同時(shí)，公司正在與空軍同行密切合作，將生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)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。