自然災(zāi)害、軍事入侵、沉船和墜毀的飛機(jī)......這些事件的圖片吸引了全世界的注意力。很有可能，這些圖像是由一種相對(duì)較新的技術(shù)——小型飛行器或無人飛機(jī)（UAV）自己捕獲的。隨著無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，制造商不斷挑戰(zhàn)這些機(jī)器可以達(dá)到多遠(yuǎn)、多快和多重的極限。
總部位于南非的無人機(jī)制造商?Nextech?使用 Formlabs?選擇性激光燒結(jié) （SLS） 3D 打印機(jī)為各行各業(yè)的客戶制造高性能定制無人機(jī)。SLS部件堅(jiān)固耐用的最終成品質(zhì)量使Nextech能夠通過一個(gè)簡(jiǎn)化的工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括原型設(shè)計(jì)和制造。
機(jī)械設(shè)計(jì)工程師Liam Kroone與我們討論了他們的混合工作流程的優(yōu)勢(shì)，以及內(nèi)部SLS 3D打印如何幫助他們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)中占有一席之地。“3D打印工作流程使我們能夠解決獨(dú)特的客戶需求，開發(fā)新產(chǎn)品，并以更快的速度改進(jìn)設(shè)計(jì)，”Kroone說。
在這篇文章中，您將了解Nextech如何使用SLS 3D打印來：
用Fuse 1+ 30W 取代數(shù)百萬美元的 CNC 加工；
使用 3D 打印模具創(chuàng)建碳纖維無人機(jī)翼尖；
結(jié)合機(jī)加工、碳纖維和 SLS 3D 打印，實(shí)現(xiàn)最佳重量和強(qiáng)度。
無人機(jī)挑戰(zhàn)
無人機(jī)已經(jīng)使用了幾十年，主要用于軍事組織的監(jiān)視和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。對(duì)于農(nóng)業(yè)、野生動(dòng)物管理或氣候科學(xué)等行業(yè)來說，無人機(jī)的廣泛使用受到高成本的限制。每個(gè)客戶都有特定的要求，這些要求可能包括預(yù)期的氣溫和天氣條件、攝像機(jī)或其他有效載荷的類型，或者燃料源與最終目標(biāo)范圍之間的距離。批量生產(chǎn)的零件用于大多數(shù)無人機(jī)模型的組件，但不同的細(xì)節(jié)不可避免地導(dǎo)致一定程度的定制化需求。
無人機(jī)最重的部分通常是電池盒，因此Nextech使用3D打印來優(yōu)化其他組件的重量，使無人機(jī)能夠在不犧牲強(qiáng)度或有效載荷的情況下飛得更遠(yuǎn)。
傳統(tǒng)的制造技術(shù)使定制變得困難——制造模具、加工或水射流和激光切割方法非常昂貴，特別是對(duì)于所需的復(fù)雜幾何形狀。3D打印為無人機(jī)制造商打開了一扇門，可以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠地制造復(fù)雜的幾何形狀和定制產(chǎn)品，但找到合適的技術(shù)和材料限制了它的采用。Fuse 1+ 30W SLS 工作流程使 Nextech 能夠快速進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，根據(jù)客戶反饋提高其迭代能力，并以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式批量生產(chǎn)定制組件。
將 SLS 引入內(nèi)部
在將 Fuse 1+ 30W SLS 打印機(jī)添加到其生產(chǎn)線之前，Nextech 在原型制作階段選擇外包 3D 打印或加工組件?！拔覀?cè)诋?dāng)?shù)卮髮W(xué)的大型工業(yè)EOS機(jī)器上打印了一批小型3D打印組件，但花了數(shù)周時(shí)間才將它們?nèi)』?，”Kroone說。
將打印機(jī)引入內(nèi)部加快了他們的開發(fā)時(shí)間，使團(tuán)隊(duì)能夠更緊密地與客戶合作?！澳跒榭蛻魣?zhí)行獨(dú)特的項(xiàng)目，因此您需要快速制作原型，但對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的零件，具有高質(zhì)量的飾面，”Kroone 說，“我們將添加支架并測(cè)試強(qiáng)度、手感和重量，或者添加墊圈以獲得更多的絕緣性并測(cè)試貼合度和可用性，以確保我們發(fā)送給客戶的最終解決方案是高質(zhì)量的?！?/p>
在外包打印零件時(shí)，這種迭代節(jié)奏是不可能保持的。等待數(shù)天或數(shù)周的迭代工作使他們更接近最后期限，并限制了可能的功能測(cè)試量。“當(dāng)您擁有自己的內(nèi)部打印機(jī)時(shí)，您可以真正提高體積并優(yōu)化材料的使用。我們可以生產(chǎn)我們的塑料零件，而無需生產(chǎn)注塑模具，注塑模具非常昂貴，而且需要很長(zhǎng)時(shí)間，“Kroone說。
定制設(shè)計(jì)的甲烷傳感器在 Fuse 1+ 30W SLS 3D 打印機(jī)上打印，采用尼龍 12 粉末。內(nèi)部生產(chǎn)降低了設(shè)計(jì)和制造成本
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同樣地，這種定制設(shè)計(jì)的電池充電器使用尼龍12粉末制作。通過內(nèi)部生產(chǎn)，Nextech變得更加敏捷，對(duì)客戶的設(shè)計(jì)需求反應(yīng)更加迅速
通過互補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件
客戶需要定制化的有效載荷，例如用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境或野生動(dòng)物測(cè)量的不同類型攝像機(jī)或傳感器，需要定制的支架將它們固定在無人機(jī)的框架上。這些支架會(huì)因每個(gè)項(xiàng)目而改變，有時(shí)將有效載荷放在離燃料源更遠(yuǎn)的地方，燃料源可能會(huì)長(zhǎng)距離加熱，或者將其保持在不同的角度。為了設(shè)計(jì)和制造這些需要堅(jiān)固耐用的支架，Nextech使用SLS 3D打印，復(fù)合材料和機(jī)加工的組合。他們的優(yōu)勢(shì)在于優(yōu)化技術(shù)作為補(bǔ)充，而不是替代。
“傳統(tǒng)加工和SLS 3D打印的混合創(chuàng)造了我認(rèn)為是下一代我們將如何制造一切的東西?！?/p>
Liam Kroone，Nextech機(jī)械設(shè)計(jì)工程師
Atlas T 四軸飛行器模型利用 SLS 3D 打?。ㄌ炀€葉片、萬向節(jié)和甲烷傳感器的蓋子）、機(jī)加工金屬部件和碳纖維部件的組合來優(yōu)化有效載荷并實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的幾何形狀，以達(dá)到最佳性能
測(cè)量熔體
Nextech的型號(hào)之一是固定翼無人機(jī)，翼展3.2米，射程為100公里。在與法國(guó)政府合作的一個(gè)項(xiàng)目中，無人機(jī)飛行以掃描和調(diào)查北極不斷惡化的冰蓋。無人機(jī)攜帶多光譜成像和定制熱成像設(shè)備，以測(cè)量海洋如何影響冰蓋融化的速度。Nextech團(tuán)隊(duì)必須為無人機(jī)設(shè)計(jì)定制的支架和機(jī)身組件，以攜帶敏感的有效載荷，以及在極端條件下運(yùn)行的翼尖。
“如果無人機(jī)的質(zhì)量或環(huán)境發(fā)生變化，翼尖的輪廓也需要改變。因此，當(dāng)我們進(jìn)行原型設(shè)計(jì)并且這些變量正在發(fā)生變化時(shí)，在我們確切知道它將如何工作之前，加工變得非常昂貴，“Kroone 說。
最終的翼尖將由碳纖維復(fù)合材料制成，但為這些復(fù)合材料制造模具非常耗時(shí)，而且加工成本太高。在Fuse1+30 W 上使用尼龍12 粉末可以讓團(tuán)隊(duì)處理與最終碳纖維部件重量相似的復(fù)雜形狀。
“如果你要嘗試用鋁甚至碳纖維制造它，那么在項(xiàng)目的早期階段就要把模具做好會(huì)非常復(fù)雜。因此，為了能夠使用Fuse 1+ 30W完成這種復(fù)雜的形狀，我們可以嘗試幾個(gè)不同的版本，或者隨著項(xiàng)目的變化，我們能夠毫不費(fèi)力地打印新設(shè)計(jì)，“Kroone說。?
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Nextech固定翼無人機(jī)的渲染顯示了設(shè)計(jì)的規(guī)模和復(fù)雜性
Nextech 團(tuán)隊(duì)依靠使用碳纖維成型與 Fuse 1+ 30W 和尼龍 12 粉末的設(shè)計(jì)流程來快速迭代，測(cè)試其固定翼無人機(jī)的功能翼尖
一次 100 個(gè)：批量生產(chǎn)最終用途零件
對(duì)于多旋翼無人機(jī)Atlas T，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)進(jìn)行了幾種設(shè)計(jì)，以將傳輸技術(shù)保持在一定角度和距離。設(shè)備的握持方式會(huì)影響其性能，將GPS和天線置于正確的位置意味著更長(zhǎng)的范圍和更高的傳輸質(zhì)量。遠(yuǎn)程天線跟蹤技術(shù)不會(huì)受到導(dǎo)電、笨重材料的阻礙，因此能夠定制有效載荷夾具和天線需要復(fù)雜的幾何形狀和許多使用非導(dǎo)電材料的迭代測(cè)試輪次。
Kroone使用Fuse 1+ 30W開發(fā)具有卡入功能的智能電池定位器。有外部和內(nèi)部組件，用尼龍 12 粉末制作，用于最終用途無人機(jī)。內(nèi)部組件的尺寸和大批量使得在數(shù)控機(jī)床上高效編程變得困難?！八鼈兪切×慵?，將它們安裝在 CNC 機(jī)器上需要花費(fèi)大量時(shí)間，但我們可以在 Fuse 1+30W 上一次打印 30 個(gè)，”Kroone 說。
Atlas T四軸飛行器上的最終用途電池定位器是在Fuse 1+ 30W SLS打印機(jī)上制作的，使用尼龍12粉末
將輸出與價(jià)值百萬美元的設(shè)備相匹配
結(jié)合SLS和CNC技術(shù)，使Nextech在設(shè)計(jì)和制造過程中具有更大的靈活性。他們能夠使用 Fuse 1+ 30W 進(jìn)行批量生產(chǎn)和復(fù)雜的幾何形狀，同時(shí)為其他組件加工高強(qiáng)度鋁制零件。當(dāng)他們?cè)u(píng)估 SLS 設(shè)備時(shí)，找到一款可以匹配其 CNC 機(jī)床質(zhì)量的3d打印機(jī)非常重要。最終他們選擇了Fuse 1+ 30W?！斑@確實(shí)是一項(xiàng)了不起的技術(shù)。我們?cè)跀?shù)控機(jī)床上花費(fèi)了數(shù)百萬美元，F(xiàn)use 1+ 30W 的輸出容量與此相同，但它僅是一臺(tái)價(jià)值 60,000+ 美元的設(shè)備，“Kroone 說。
隨著Nextech無人機(jī)的每一次成功部署，曝光率都會(huì)增加，客戶需求也會(huì)增加。Nextech 需要 Fuse 1+ 30W 能夠一致、平穩(wěn)地運(yùn)行?！翱芍貜?fù)性和可靠性對(duì)于確保我們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)制造高質(zhì)量的無人機(jī)非常重要。眾所周知，許多 SLS 打印機(jī)會(huì)出現(xiàn)許多打印錯(cuò)誤和打印失敗，而 Fuse 1+ 30W 是一款具有強(qiáng)大支持的高質(zhì)量機(jī)器，“Kroone 說。機(jī)器本身的可靠性，加上 Formlabs 對(duì)全球頂級(jí)支持的承諾，有助于保持生產(chǎn)正常運(yùn)行。
無人機(jī)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，公司爭(zhēng)奪來自政府、研究和農(nóng)業(yè)部門的大合同。為了保持領(lǐng)先地位，無人機(jī)制造商必須不斷更新他們的技術(shù)，并為每個(gè)項(xiàng)目提供可定制的選項(xiàng)。3D技術(shù)，特別是SLS和CNC加工的內(nèi)部生產(chǎn)能力，使Nextech與眾不同。
“我想說的是，任何一家沒有這些，做批量生產(chǎn)的公司，真的不知道他們未來在做什么——他們給自己帶來了障礙，因?yàn)樗麄儧]有總是在必要時(shí)在內(nèi)部擁有生產(chǎn)工作流程?！?/p>
Liam Kroone，Nextech機(jī)械設(shè)計(jì)工程師
Fuse 篩分器為零件脫粉和回收材料提供了安全高效的工作流程
將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與內(nèi)部先進(jìn)的增材工作流程相結(jié)合，使Nextech飛到了無人機(jī)行業(yè)的頂峰。Formlabs 的 Fuse 系列 SLS 打印機(jī)的可靠性意味著它們可以保持敏捷性，響應(yīng)供應(yīng)商的變化和客戶需求，并不斷改進(jìn)產(chǎn)品。
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