• 分類：應用項目
• 發佈時間：2022-09-02 11:23
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【概要描述】Aurora Flight Sciences位於佛吉尼亞州馬納薩斯，近30年來一直致力於開發民用無人機(UAV)。面對不斷變化的客戶需求和要求，Aurora研發中心開始更加頻繁地使用Stratasys® 3D列印技術生產零件和模具，為無人駕駛飛行帶來更多創新。

最近，Aurora和Stratasys的工程師攜手開啟了一個極具挑戰的專案：製造一架噴氣動力、推力向量、混合翼體的遙控駕駛飛機。

“這個專案的目標是向航空航太業展示從設計、製造到駕駛一架3D列印的噴氣式飛機的驚人速度。”

 

——Dan Campbell

Aurora Flight Sciences研究工程師



“這是一次前所未有的嘗試，對我們來說，這是一次對未知領域的探索。我們希望深挖這些材料和增材工藝的潛力，不斷突破極限。”

——James Berlin

Stratasys增材製造研究工程師

正是使用了22lbf (98N) 噴氣發動機和推力向量裝置，飛機可實現高速飛行和內在機動性，增材製造技術的應用有了新的突破。

“現如今仍存在一些錯誤的觀念，認為3D列印只是一種原型製作技術，但這不並是一架觸碰就可能損壞的桌面模型，而是一架時速可達150英里/小時的噴氣式飛機。”

 

——James Berlin

Stratasys增材製造研究工程師

賦予飛機創新設計自由度

Stratasys 3D列印的一大優勢是可讓設計突破表面幾何結構的限制。

雖然現在對內部結構的設計具有更高的設計自由度，對於航空航太的啟動工程結構，可以設計得更加複雜。與Stratasys在設計方面的合作使Aurora得以利用拓撲優化（一種可複製自然界中複雜結構的基於物理的方法），顯示內部材料可優化的位置，並針對給特定應用進行結構優化。

對於Aurora而言，Stratasys的增材製造技術為其團隊實現了設計優化，使其能生產出堅硬的輕質結構，同時還能以具有成本效益的方式針對任務定制飛機。

 

此外，該技術還可將裝配件整合為單個組件，讓複雜的設計搖身一變成為優雅而簡單的解決方案。示例之一是該飛機的燃油箱。燃油箱通過內部和外部的列印管道、連接燃油篩檢程式和燃油泵的支架以及連接燃油管路的小夾子來組合多個組件。由此帶來的設計自由度使工程師能夠精准定位重心——翼身融合體飛機的一項關鍵參數。

“任何設計變更都會導致重心問題。但增材工藝可以輕鬆控制放置材料的位置，從而將迭代設計對飛機其他方面產生的影響降至最小。”

——Dan Campbell

Aurora Flight Sciences研究工程師

採用增材製造技術後，這架飛機的建造時間縮短了一半。由於無需模具，交付週期顯著縮短。由6名工程師組成的核心團隊使用GrabCAD（一種Stratasys協作解決方案）管理、查看和共用CAD檔，從而協調專案。這幫助兩家位於不同地點的公司在短時間內成功完成了飛機的設計和生產工作。該軟體幾乎如同社交媒體網站，可跟蹤修訂、傳遞消息，還可充當工作工程文檔（如物料清單）的存儲庫。



在設計複雜的高功能性組件時，GrabCAD為協作和快速迭代創造了條件。

3D列印可供飛行使用的零件

飛機的主要零件包括：


兩個翼梢小翼
機身
有效載荷艙
燃油箱
推力向量裝置


該飛機翼展為2.9米，機身重量僅為6.4千克。共有34個組件，其中26個組件通過3D列印製造，占飛機機身重量的80%。工程師使用Stratasys Fortus® 3D印表機和ASA熱塑材料生產機翼和機身，以在保持低密度的情況下提供必要的強度和硬度。

內部機翼設計，優化複雜的內部結構，實現飛機輕量化。

該團隊還利用了Stratasys Direct Manufacturing，這是一個提供全方位服務的定制製造中心，可提供多種增材製造技術和目前可用的幾乎所有材料。燃油箱使用尼龍鐳射燒結(LS)技術生產，排氣管蓋使用ULTEM™ 1010樹脂列印材料3D列印而成，因推力向量管道因排氣溫度高達700°C，所以使用INCONEL® 718直接金屬鐳射燒結(DMLS)技術生產。賦予飛機創新設計自由度。



最終的3D列印噴氣式飛機。

準備好起飛

當團隊驅車前往鹽灘以測試飛機時，他們信心滿滿，卻沒有預料到前方等待著他們的情緒波動。當他們開始在現場完成組件的最終裝配時，所有人的神經都變得緊繃起來。但在這架3D列印的噴氣式飛機成功起飛後，一種全新的感覺隨之而來。

3D列印噴氣式飛機首飛。

“飛行這件事對我們而言始終充滿魅力，因為每當一架飛機第一次起飛時，都會有人表示不敢相信它能成功起飛，成功起飛是一個神奇的時刻。我是個噴氣發動機迷，看到3D列印的噴氣式飛機翱翔藍天真是太棒了。”

 

——Dan Campbell

Aurora Flight Sciences研究工程師



隨著越來越多的航空航太公司採用3D技術製造生產零件和模具，Stratasys 3D列印解決方案將進一步幫助客戶塑造有人駕駛和無人駕駛飛機，從三級結構到二級結構，最終甚至是一級結構。

“我們想通過這個專案向航空航太業展示，從設計、製造到駕駛一架3D列印的噴氣式飛機的驚人速度，看到這架飛機成功飛行，我的內心充滿成就感。”

——Dan Campbell

Aurora Flight Sciences研究工程師

源文摘自：Stratasys