增材制造技術令霍克臺風戰(zhàn)斗機重拾昔日雄風

近二十年來，位于英國格洛斯特的“噴氣時代”航空博物館一直在為復原英國二戰(zhàn)時期的著名飛機 — 霍克臺風戰(zhàn)斗機而努力，而格洛斯特恰恰是該戰(zhàn)機的誕生地。該博物館曾努力尋找有能力的工程公司，希望其能夠根據1938年的原始設計圖紙在缺乏制造細節(jié)的情況下重新制造出完整的駕駛艙支架，經過重重篩選，最終他們找到了雷尼紹。

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）技術生產出的駕駛艙支架，讓復原臺風戰(zhàn)斗機的項目得以按計劃進行。

霍克臺風 — 也被英國皇家空軍 (RAF) 親切地稱為“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，由格洛斯特郡飛機公司獨家制造。臺風戰(zhàn)機是英國皇家空軍唯一一款能夠在低空作戰(zhàn)中與勁敵德國?？?沃爾夫Fw 190戰(zhàn)斗機相抗衡的飛機。此外，臺風戰(zhàn)機還是一款極其出色的對地攻擊機。輝煌的歷史鑄就了其作為英國瑰寶的地位。

位于格洛斯特的“噴氣時代”航空博物館正在努力翻新一架二戰(zhàn)時期的霍克臺風戰(zhàn)斗機，這架飛機是在威爾特郡的一座廢料場中被發(fā)現(xiàn)的。

“噴氣時代”航空博物館請求雷尼紹幫忙重新制造霍克臺風戰(zhàn)斗機機身上的兩個支架 — 這類支架在同類戰(zhàn)機中極為少見。

臺風戰(zhàn)機前后只生產了3317架，而且如今所剩無幾；更沒有一架飛機能夠重回天空。1998年，人們在威爾特郡的一個廢料場中找到了一具臺風戰(zhàn)機駕駛艙的殘骸，其結構雖較為完整，但已被嚴重腐蝕 — 那時便有志愿者表示要修復這架對國家和地區(qū)都具有重要意義的戰(zhàn)機。

“噴氣時代”航空博物館所在的位置與臺風戰(zhàn)機的誕生地僅僅一街之隔，憑借這一優(yōu)勢，該博物館不失時機地推進這一項目。在對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主席兼首席執(zhí)行官David McMurtry爵士寫了一封信。在信中，“噴氣時代”航空博物館請求雷尼紹幫忙重新制造霍克臺風戰(zhàn)斗機機身上的兩個支架 — 這類支架在同類戰(zhàn)機中極為少見。雷尼紹的回復沒有令館方失望。

挑戰(zhàn)

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制出這些部件?！皣姎鈺r代”航空博物館雖然沒有飛機駕駛艙的原始支架，但保存了該部件1938年的原始設計圖紙，并且還能短期借來另一架臺風戰(zhàn)機的駕駛艙支架供作參考。

經過雙方初步的溝通，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。“霍克臺風戰(zhàn)斗機是格洛斯特歷史遺產中極其重要的一部分，”“噴氣時代”航空博物館臺風戰(zhàn)機項目贊助商協(xié)調人Trevor Davies解釋道，“我們復制臺風戰(zhàn)機駕駛艙的加工車間距離上世紀30年代的飛機制造廠不到一英里。將原汁原味的臺風戰(zhàn)機帶回這座城市，對于我們而言不僅僅是一項了不起的工程奇跡，更像是重新創(chuàng)造歷史?！?/p>

“在嘗試復制駕駛艙支架的過程中，我們曾先后聯(lián)系過多家工程公司，”Davies繼續(xù)說道，“但是，這些支架的形狀非常獨特，這意味著即使我們有原始設計圖紙，那些提供數控加工產品的公司也沒有信心能夠生產出完全精確的成品部件。當我們了解到雷尼紹的增材制造技術及其所具有的設計靈活性后，我們隨即向其尋求幫助?！?“博物館保存的臺風戰(zhàn)機原始圖紙可追溯到1938年，而且那時所有的測量數據均采用英制單位，”雷尼紹開發(fā)工程師Joshua Whitmore介紹道，“此外，其中一個駕駛艙支架的圖紙已經遺失，這意味著需要對該部件進行更詳細的測量。由于現(xiàn)有支架是從另一架霍克臺風戰(zhàn)斗機上借來的，因此雷尼紹必須在規(guī)定時間內歸還。這給項目平添了不少壓力?！?“我們不得不根據一套不完整的原始圖紙來計算尺寸：使用數字游標卡尺等傳統(tǒng)測量工具進行測量，繪制相關的投影圖。最終我們得到了大部分缺失的關鍵尺寸，同時完成了對非關鍵尺寸的估算。隨后我們將尺寸從公制轉換為英制，”Whitmore補充道，“雖然這一過程比較耗時，但大約兩周后我們成功得到了支架的原型數據。”

這些支架的形狀非常獨特，這意味著即使“噴氣時代”航空博物館有原始設計圖紙，那些提供數控加工產品的公司也沒有信心能夠生產出完全精確的成品部件。

解決方案

臺風戰(zhàn)機前后只生產了3317架，而且如今所剩無幾；更沒有一架飛機能夠重回天空。

雷尼紹根據原始設計圖紙和其他測量數據，使用Siemens NX 7.5 CAD軟件創(chuàng)建了一個臺風戰(zhàn)機駕駛艙支架的3D數字模型。這樣一來，雷尼紹便可以進行參數化建模和直接表面建模，以生成部件的數字復制品。

完成數字建模后，工程師使用3D打印技術制作出材質為聚碳酸酯塑料的原型部件。隨后，雷尼紹將這些部件運送至博物館下屬的車間，并將它們安裝到戰(zhàn)機駕駛艙上以驗證其規(guī)格是否正確。當工程師確認這些部件準確無誤后，雷尼紹便利用增材制造技術正式生產金屬加工件。

格洛斯特郡飛機公司最初采用鋁材制造臺風戰(zhàn)機的駕駛艙支架。這是因為金屬鋁具有一些優(yōu)良的物理性質，如密度低（因此重量輕）、強度高且延展性好。在生產符合性能要求的金屬加工件成品之前，雷尼紹偶爾會首先使用增材制造技術制作塑料原型部件。

雷尼紹在自己的AM250增材制造系統(tǒng)上使用鋁粉生產金屬支架，整個部件通過四次加工過程完成；之后利用噴砂工藝和手工打磨技術對部件表面進行精加工。

結果

雷尼紹在自己的AM250增材制造系統(tǒng)上使用鋁粉生產金屬支架，整個部件通過四次加工過程完成。

由于雷尼紹公司所在地與“噴氣時代”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，此時恰逢Cool Aeronautics航空展隆重舉行，雷尼紹與博物館合作，在展會上展出了這些部件，并向公眾著重介紹了增材制造技術所具有的優(yōu)勢。

“我們認為雷尼紹為臺風戰(zhàn)機項目、“噴氣時代”航空博物館以及格洛斯特所作的貢獻難以估量，”Davies微笑著說道，“如果沒有增材制造技術，我們將無法復制出這些支架 — 這些部件過于獨特，這一點恰恰類似于臺風戰(zhàn)機本身。通過將傳統(tǒng)與創(chuàng)新融合，雷尼紹的幫助使這個早在1998年便已啟動的項目得以繼續(xù)推進，并使得這款英國國寶級戰(zhàn)斗機在其誕生地重放光彩。我們定期在博物館為學校師生舉辦講座，展示這款戰(zhàn)機并介紹其對英國二戰(zhàn)歷史所具有的重要意義。

一架古老戰(zhàn)機上的部件能夠以如此革新的方式復制出來 — 我們希望籍此激發(fā)青年一代對航空科技和工程的興趣。增材制造技術為臺風戰(zhàn)機輝煌的歷史增添了濃墨重彩的一筆?！?/p>

通過采用增材制造方法并使用原始材料生產駕駛艙支架，雷尼紹成功按照1938年的古老圖紙復原了這些部件。在成功完成駕駛艙支架的復制后，雷尼紹已開始與“噴氣時代”航空博物館商討下一個激動人心的項目：讓臺風戰(zhàn)機的另一個重要部件 — Napier Sabre活塞發(fā)動機 — 重回格洛斯特。

雷尼紹采用最新金屬增材制造技術生產出駕駛艙支架，讓復原臺風戰(zhàn)機的項目得以按計劃進行。

“噴氣時代”航空博物館定期展示霍克臺風戰(zhàn)斗機并向公眾介紹其對英國二戰(zhàn)歷史所具有的重要意義。增材制造技術為臺風戰(zhàn)機輝煌的歷史增添了濃墨重彩的一筆，博物館希望籍此激發(fā)青年一代對航空科技和工程的興趣。