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与传统工艺相比,3D打印技术在无人机领域占据哪些优势?

发表时间:2020-06-02 16:26

  在一次迪拜航空展上,美国无人飞行器制造商AuroraFlightSciences和3D打印公司Stratasys联合推出了世界首架3D打印喷气式无人机,航速可达241km/h。


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  它的面世意味着人类3D打印的技术又上了一个台阶。这驾高速无人机翼展3米,重量15千克,由Aurora设计,Stratasys生产。据了解,该3D打印无人机80%的组件都是借助熔融沉积造型术(FDM)制造,机身则用尼龙材料打印而成,发动机排气管则为金属,耐热性能好。


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     3D打印技术在无人机生产领域已经初现峥嵘。充分利用3D打印技术的优点,尽量规避其风险将成为重中之重。本文将以此为出发点,分析3D打印技术在无人机生产领域到底有哪些优势?


1.材料选择的多样性


     传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起,而随着多材料3D打印技术的发展,可以将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料,这些材料色调种类繁多,具有独特的属性或功能。


2.时效性


     3D打印技术在无人机领域多应用于原型机设计环节,可以快速、低成本地制作原型机。无人机设计需要多次迭代,而传统的加工与装配工艺在这样的反复迭代过程中将耗费大量人力物力财力与时间。而完全不需开模的3D打印技术大大缩短了迭代周期,可快速制造、验证原型机,加速了产品从设计到实际使用的时间间隔,提升了企业的效率。验证后的原型机也可用于展示,这就大大加快了产品面市速度,由此也增强了企业竞争力。


     2012年弗吉尼亚大学研制出第三架3D打印飞机,团队工程师大卫-舍弗尔称:“以前光设计建造一个塑料涡轮风扇发动机就需要两年时间,成本约25万美元。但使用3D技术,设计和建造这架飞机仅用4个月,成本大约2000美元。”生产周期的缩短是显而易见的。


3.经济性


     3D打印“加法”的生产方式没有切割、磨削、腐蚀等;“减法”流程,实现原材料“需要多少用多少”,大大提高利用率,控制废料的产生。“一次成型”省去了模具、夹具和加工工具的费用;“本地化”生产模式省去了厂房和生产线的前期投入,以及中间的运输储存成本。


     CrucibleIndustrialDesign公司为空客A380上853个座位3D打印了带扣,每个带扣比传统钢制带扣质量减少85g,按飞机全寿命每减1kg可省45000L燃油计算,这会节省330万L燃油,价值2亿欧元的运营成本。


4.制造复杂零件优势明显


     就传统制造而言,物体形状越复杂,制造成本越高。对3D打印机而言,制造形状复杂的物品成本不增加,制造一个华丽且形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。


     无人机产业,其所需要的加工精度、零件的复杂程度非常的高。而有一些零件(例如:截面为椭圆形的机翼、金属部件的中空或多孔(蜂巢)结构,是传统加工工艺无法制造出来的。3D打印技术的出现,使得这些先进零部件得以生产。


     目前,空客公司及其同行波音公司都在利用3D打印技术打印一些飞机部件,例如空客的A350与波音的B787梦幻飞机。打印零件的优势在于无需使用工具,而且制造非常迅速。金属部分也比过去更轻30%-50%,并且几乎完全没有工业废料。


     除了能节约时间和金钱,3D打印技术还有生态环境效益。轻型飞机所消耗的燃料比传统的重型飞机更少,意味着它们向大气排放更少的污染气体。在未来20年,空中运输预计将翻倍增长,因此,减少碳排放量迫在眉睫。


     德国信息产业、电信和新媒体协会(Bitkom)进行的一项调查表明,就职于航天部门的102名员工中,许多人都相信3D打印技术是航天工业的未来。并且,有70%的参与者相信,2030年前,航天备件将会直接在机场打印,51%的参与者希望到那时整架飞机都能通过3D打印制造。



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