英日意簽署戰(zhàn)斗機(jī)聯(lián)合開發(fā)計(jì)劃，利用增材制造實(shí)現(xiàn)隱形戰(zhàn)斗機(jī)

2023年12月15日，南極熊獲悉，英國已與日本和意大利簽署了一項(xiàng)國際條約，共同開發(fā)一款新的隱形戰(zhàn)斗機(jī)，標(biāo)志著全球戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃（GCAP）邁出了重要的一步，英國將成為該項(xiàng)目的政府總部所在地。

GCAP 于 2022 年 12 月首次啟動(dòng)，將日本的 F-X 計(jì)劃與英國和意大利的 Team Tempest 項(xiàng)目合并，旨在到 2035 年推出第六代“暴風(fēng)雨”超音速噴氣式飛機(jī)。這大約是歐洲臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)等上一代戰(zhàn)斗機(jī)開發(fā)時(shí)間的一半，有望在此過程中顯著節(jié)省成本。

英國航空航天公司BAE Systems、意大利國防承包商Leonardo 和日本制造商三菱重工是該計(jì)劃的主要工業(yè)合作伙伴。據(jù)報(bào)道，這些公司正在數(shù)字設(shè)計(jì)、新穎的工程和原型方法方面投入巨資，以滿足該項(xiàng)目具有挑戰(zhàn)性的最后期限。

這些關(guān)鍵合作者正在其生產(chǎn)過程中積極利用 3D 打印技術(shù)，這表明增材制造將在戰(zhàn)斗機(jī)的生產(chǎn)中發(fā)揮極大作用。事實(shí)上，BAE此前曾表示有意將Tempest 30%的零部件采用3D打印。

英國國防部長格蘭特·沙普斯評(píng)論道：“我們世界領(lǐng)先的戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃旨在對(duì)全球安全發(fā)揮至關(guān)重要的作用，我們將繼續(xù)在 2035 年向各自空軍交付新型戰(zhàn)斗機(jī)方面取得巨大積極進(jìn)展。

在英國總部，我們還將與我們密切的合作伙伴意大利和日本以及我們令人印象深刻的國防工業(yè)合作，快速做出重要決策，以交付出色的飛機(jī)。”

△GCAP 戰(zhàn)斗機(jī)的藝術(shù)印象圖。圖片來自 BAE Systems

GCAP 邁出了一大步

該條約在三邊會(huì)議期間在東京簽署，確認(rèn)了該計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)結(jié)構(gòu)。雖然英國將主辦 GCAP 的政府總部，但該項(xiàng)目最初將由日本領(lǐng)導(dǎo)。該首席執(zhí)行官的角色將在三個(gè)合作伙伴國家之間輪流擔(dān)任，主要工業(yè)合作伙伴之間的分工預(yù)計(jì)將于明年確定。

此外，早在2017年，BAE宣布與比利時(shí)精密工程公司Asco Industries合作，以擴(kuò)大其“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)先進(jìn)制造計(jì)劃。這一合作使兩家公司共同努力推動(dòng)增材層制造、復(fù)合材料加工和其他與“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)制造相關(guān)的技術(shù)。

日本防衛(wèi)省將在 2024-25 財(cái)年向該計(jì)劃注入 726 億日元（5.13 億美元）。這些投資將為該項(xiàng)目的“概念和評(píng)估階段”提供資金，這一階段將持續(xù)到 2025 年。此后，該項(xiàng)目的開發(fā)階段將啟動(dòng)。

根據(jù)英國國防部發(fā)布的新聞稿英國國防部，該項(xiàng)目將吸引額外投資用于數(shù)字設(shè)計(jì)的研發(fā)和“先進(jìn)的制造工藝�！�

△暴風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)的概念圖。圖片來自 BAE Systems

GCAP 將如何利用增材制造？

GCAP 承諾 Tempest 的開發(fā)周期極短。最終確定的戰(zhàn)斗機(jī)預(yù)計(jì)將于 2035 年交付，距離三邊協(xié)議簽署僅 12 年。相比之下，洛克希德·馬丁公司 F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)歷時(shí) 26 年，而歐洲臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)則經(jīng)過 20 年的開發(fā)期才投入使用。

鑒于增材制造可顯著縮短交貨時(shí)間，3D 打印很可能在滿足 GCAP 2035 年最后期限方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。事實(shí)上，BAE 在 2020 年表示計(jì)劃 3D 打印Tempest 30% 的零件。

據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道金融時(shí)報(bào)，BAE 目前正在 3D 打印模具，將用于制造 Tempest 的碳纖維部件。這些“模具工具”傳統(tǒng)上由鋼制成，使用傳統(tǒng)方法需要 26 周的時(shí)間來制造。據(jù)報(bào)道，BAE 使用增材制造可以在三周內(nèi)生產(chǎn)出完整的工具。

這并不是 BAE 第一次利用增材制造。2020 年初，該公司與英國金屬 3D 打印機(jī)制造商雷尼紹簽署了諒解備忘錄 (MoU)，以改進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的制造工藝系統(tǒng)。通過此次合作，兩家公司希望提高性能、降低成本并加快戰(zhàn)斗機(jī)的生產(chǎn)。

2020 年晚些時(shí)候，BAE 宣布安裝第四臺(tái)Stratasys F900 3D 打印機(jī)，作為公司。人們希望新型 Stratasys3D 打印機(jī)將有助于顯著降低成本和縮短交貨時(shí)間。該 3D 打印機(jī)位于 BAE 的薩姆斯伯里制造基地，此后一直用于制造其戰(zhàn)斗機(jī)的原型、工具和最終用途零件。

此外，早在2017年，宣布BAE與比利時(shí)精密工程公司Asco Industries達(dá)成合作伙伴關(guān)系，以擴(kuò)大其“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)先進(jìn)制造計(jì)劃。這一合作使得兩家公司共同努力推進(jìn)增材制造、復(fù)合材料加工和其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，用于制造“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)。

△BAE Systems 的第四臺(tái) Stratasys F900 3D 打印機(jī)是該公司未來工廠計(jì)劃的一個(gè)組成部分。照片來自 BAE Systems。

Leonardo和三菱重工的增材制造歷史

今年早些時(shí)候，有消息稱 Leonardo 正在與英國工程公司 SFM Technology 和大幅面 3D 打印機(jī)制造商合作BigRep 為 皇家海軍 AugustaWestland AW101 直升機(jī) 3D 打印組件。

3D 打印的主旋翼葉片約束支架被稱為同類型中第一個(gè)使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的支架。這些最終用途零件使用BigRep Pro 3D 打印機(jī) 3D 打印，尺寸為 900 x 230 x 160 毫米。經(jīng)過廣泛的壓力測試后，SFM 發(fā)現(xiàn) 3D 打印部件的性能優(yōu)于傳統(tǒng)制造的部件，既輕便又堅(jiān)固。

Leonardo 此前還利用意大利制造商 ROBOZE 的 FFF 3D 打印技術(shù)來3D 打印關(guān)鍵航空航天組件。 Leonardo 利用 ROBOZE 的 ARGO 系列 3D 打印機(jī)制造了一系列碳纖維填充尼龍 6 和 PEEK 零件。據(jù)報(bào)道，從傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)向增材制造使該公司節(jié)省了大量時(shí)間和成本。

在其他方面，2019 年三菱重工宣布其LAMDA 定向能量沉積 (DED) 3D 打印機(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。第一個(gè) LAMDA 3D 系統(tǒng) LAMDA 200 被稱為“入門級(jí)”3D 打印機(jī)，其構(gòu)建體積相對(duì)較小，為 200 x 200 x 200 毫米。

該公司后來的 LAMDA 產(chǎn)品LAMDA 500 和 LAMDA 2000 的構(gòu)建體積分別為500 x 500 x 500 毫米和 2500 x 1400 x 1500 毫米。當(dāng)時(shí)，該公司表示，致力于“贏得金屬3D打印機(jī)在制造業(yè)的廣泛認(rèn)可，并從用戶的角度開發(fā)新的應(yīng)用，使激光加工系統(tǒng)成為其新業(yè)務(wù)的核心實(shí)體” ”。

△適用于 AgustaWestland AW101 的 3D 打印主旋翼葉片約束支架。照片來自 BigRep GmbH。