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機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題:
增材制造技術(shù)令霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)重拾昔日雄風(fēng)
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作者:
宇宙立方
時(shí)間:
2017-4-3 11:09
標(biāo)題:
增材制造技術(shù)令霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)重拾昔日雄風(fēng)
作為一家世界聞名的工程公司，雷尼紹不遺余力地為其提供了幫助——采用最新金屬增材制造（3D打印）技術(shù)生產(chǎn)出的駕駛艙支架，讓復(fù)原臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)的項(xiàng)目得以按計(jì)劃進(jìn)行。
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霍克臺(tái)風(fēng) — 也被英國(guó)皇家空軍 (RAF) 親切地稱(chēng)為“蒂菲”— 是第二次世界大戰(zhàn)期間一款著名的英式單座戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，由格洛斯特郡飛機(jī)公司獨(dú)家制造。臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)是英國(guó)皇家空軍唯一一款能夠在低空作戰(zhàn)中與勁敵德國(guó)福克-沃爾夫Fw 190戰(zhàn)斗機(jī)相抗衡的飛機(jī)。此外，臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)還是一款極其出色的對(duì)地攻擊機(jī)。輝煌的歷史鑄就了其作為英國(guó)瑰寶的地位。
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位于格洛斯特的“噴氣時(shí)代”航空博物館正在努力翻新一架二戰(zhàn)時(shí)期的霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)，這架飛機(jī)是在威爾特郡的一座廢料場(chǎng)中被發(fā)現(xiàn)的。
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“噴氣時(shí)代”航空博物館請(qǐng)求雷尼紹幫忙重新制造霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身上的兩個(gè)支架 — 這類(lèi)支架在同類(lèi)戰(zhàn)機(jī)中極為少見(jiàn)。
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臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)前后只生產(chǎn)了3317架，而且如今所剩無(wú)幾；更沒(méi)有一架飛機(jī)能夠重回天空。1998年，人們?cè)谕柼乜さ囊粋€(gè)廢料場(chǎng)中找到了一具臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)駕駛艙的殘骸，其結(jié)構(gòu)雖較為完整，但已被嚴(yán)重腐蝕 — 那時(shí)便有志愿者表示要修復(fù)這架對(duì)國(guó)家和地區(qū)都具有重要意義的戰(zhàn)機(jī)。
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“噴氣時(shí)代”航空博物館所在的位置與臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的誕生地僅僅一街之隔，憑借這一優(yōu)勢(shì)，該博物館不失時(shí)機(jī)地推進(jìn)這一項(xiàng)目。在對(duì)雷尼紹擁有的增材制造能力做出初步了解后，館方給這家全球工程公司的董事會(huì)主席兼首席執(zhí)行官David McMurtry爵士寫(xiě)了一封信。在信中，“噴氣時(shí)代”航空博物館請(qǐng)求雷尼紹幫忙重新制造霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身上的兩個(gè)支架 — 這類(lèi)支架在同類(lèi)戰(zhàn)機(jī)中極為少見(jiàn)。雷尼紹的回復(fù)沒(méi)有令館方失望。
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挑戰(zhàn)
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博物館既找不到原始支架的替代品，也很難找到一家制造商能夠精確地復(fù)制出這些部件。“噴氣時(shí)代”航空博物館雖然沒(méi)有飛機(jī)駕駛艙的原始支架，但保存了該部件1938年的原始設(shè)計(jì)圖紙，并且還能短期借來(lái)另一架臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的駕駛艙支架供作參考。
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經(jīng)過(guò)雙方初步的溝通，雷尼紹相信其有能力利用金屬增材制造系統(tǒng)重新制造出這種支架。“霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)是格洛斯特歷史遺產(chǎn)中極其重要的一部分，”“噴氣時(shí)代”航空博物館臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)項(xiàng)目贊助商協(xié)調(diào)人Trevor Davies解釋道，“我們復(fù)制臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)駕駛艙的加工車(chē)間距離上世紀(jì)30年代的飛機(jī)制造廠不到一英里。將原汁原味的臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)帶回這座城市，對(duì)于我們而言不僅僅是一項(xiàng)了不起的工程奇跡，更像是重新創(chuàng)造歷史。”
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“在嘗試復(fù)制駕駛艙支架的過(guò)程中，我們?cè)群舐?lián)系過(guò)多家工程公司，”Davies繼續(xù)說(shuō)道，“但是，這些支架的形狀非常獨(dú)特，這意味著即使我們有原始設(shè)計(jì)圖紙，那些提供數(shù)控加工產(chǎn)品的公司也沒(méi)有信心能夠生產(chǎn)出完全精確的成品部件。當(dāng)我們了解到雷尼紹的增材制造技術(shù)及其所具有的設(shè)計(jì)靈活性后，我們隨即向其尋求幫助。” “博物館保存的臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)原始圖紙可追溯到1938年，而且那時(shí)所有的測(cè)量數(shù)據(jù)均采用英制單位，”雷尼紹開(kāi)發(fā)工程師Joshua Whitmore介紹道，“此外，其中一個(gè)駕駛艙支架的圖紙已經(jīng)遺失，這意味著需要對(duì)該部件進(jìn)行更詳細(xì)的測(cè)量。由于現(xiàn)有支架是從另一架霍克臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)上借來(lái)的，因此雷尼紹必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)歸還。這給項(xiàng)目平添了不少壓力。” “我們不得不根據(jù)一套不完整的原始圖紙來(lái)計(jì)算尺寸：使用數(shù)字游標(biāo)卡尺等傳統(tǒng)測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，繪制相關(guān)的投影圖。最終我們得到了大部分缺失的關(guān)鍵尺寸，同時(shí)完成了對(duì)非關(guān)鍵尺寸的估算。隨后我們將尺寸從公制轉(zhuǎn)換為英制，”Whitmore補(bǔ)充道，“雖然這一過(guò)程比較耗時(shí)，但大約兩周后我們成功得到了支架的原型數(shù)據(jù)。”
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雷尼紹根據(jù)原始設(shè)計(jì)圖紙和其他測(cè)量數(shù)據(jù)，使用Siemens NX 7.5 CAD軟件創(chuàng)建了一個(gè)臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)駕駛艙支架的3D數(shù)字模型。這樣一來(lái)，雷尼紹便可以進(jìn)行參數(shù)化建模和直接表面建模，以生成部件的數(shù)字復(fù)制品。
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完成數(shù)字建模后，工程師使用3D打印技術(shù)制作出材質(zhì)為聚碳酸酯塑料的原型部件。隨后，雷尼紹將這些部件運(yùn)送至博物館下屬的車(chē)間，并將它們安裝到戰(zhàn)機(jī)駕駛艙上以驗(yàn)證其規(guī)格是否正確。當(dāng)工程師確認(rèn)這些部件準(zhǔn)確無(wú)誤后，雷尼紹便利用增材制造技術(shù)正式生產(chǎn)金屬加工件。
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格洛斯特郡飛機(jī)公司最初采用鋁材制造臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的駕駛艙支架。這是因?yàn)榻饘黉X具有一些優(yōu)良的物理性質(zhì)，如密度低（因此重量輕）、強(qiáng)度高且延展性好。在生產(chǎn)符合性能要求的金屬加工件成品之前，雷尼紹偶爾會(huì)首先使用增材制造技術(shù)制作塑料原型部件。
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雷尼紹在自己的AM250增材制造系統(tǒng)上使用鋁粉生產(chǎn)金屬支架，整個(gè)部件通過(guò)四次加工過(guò)程完成；之后利用噴砂工藝和手工打磨技術(shù)對(duì)部件表面進(jìn)行精加工。
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由于雷尼紹公司所在地與“噴氣時(shí)代”航空博物館相隔不足30英里，因此雷尼紹工程師決定親手將成品支架交付給館方；2016年5月，部件交付正式完成，此時(shí)恰逢Cool Aeronautics航空展隆重舉行，雷尼紹與博物館合作，在展會(huì)上展出了這些部件，并向公眾著重介紹了增材制造技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)。
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“我們認(rèn)為雷尼紹為臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)項(xiàng)目、“噴氣時(shí)代”航空博物館以及格洛斯特所作的貢獻(xiàn)難以估量，”Davies微笑著說(shuō)道，“如果沒(méi)有增材制造技術(shù)，我們將無(wú)法復(fù)制出這些支架 — 這些部件過(guò)于獨(dú)特，這一點(diǎn)恰恰類(lèi)似于臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)本身。通過(guò)將傳統(tǒng)與創(chuàng)新融合，雷尼紹的幫助使這個(gè)早在1998年便已啟動(dòng)的項(xiàng)目得以繼續(xù)推進(jìn)，并使得這款英國(guó)國(guó)寶級(jí)戰(zhàn)斗機(jī)在其誕生地重放光彩。我們定期在博物館為學(xué)校師生舉辦講座，展示這款戰(zhàn)機(jī)并介紹其對(duì)英國(guó)二戰(zhàn)歷史所具有的重要意義。
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一架古老戰(zhàn)機(jī)上的部件能夠以如此革新的方式復(fù)制出來(lái) — 我們希望籍此激發(fā)青年一代對(duì)航空科技和工程的興趣。增材制造技術(shù)為臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)輝煌的歷史增添了濃墨重彩的一筆。”
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