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突围传统工艺 3D打印或将开辟无人机新未来

字号+ 作者:cunzhang 来源:互联网 2016-10-12 15:34

  突围传统工艺 3D打印或将开辟无人机新未来

  在2015年11月迪拜航空展上,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。它的面世也意味着人类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。

突围传统工艺 3D打印或将开辟无人机新未来

  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,从3D打印技术的优缺点分析其在无人机生产领域的作用。

  3D打印技术用于无人机产业的4大优势

  1.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。

  2.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。

  3.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,制造一个华丽的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,如上图)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。

  4.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,我们有能力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。

  国内发展瓶颈

  1.国内3D打印技术不成熟

  相比于欧美发达国家,中国的3D打印技术尚处在起步阶段,特别是关键核心零部件方面几乎是一片空白。比如激光器,我们就只能进口美国、德国的设备。国内3D打印技术的不成熟,造成的直接后果就是国外公司对于3D打印材料漫天要价。

  当前阶段,3D打印的主要成本在于3D打印材料的购买,而国外公司往往通过垄断3D打印材料牟利。现阶段3D打印材料的主要类型是塑料、液态树脂和金属粉末。3Dsystems和Stratasys公司主要供应前两种材料,从公司材料的销售毛利率来看,近些年来基本保持在50%以上,利润巨大。

  正由于3D打印材料被国外公司垄断,价格偏高,导致3D打印技术迟迟无法在国内得到大批量的使用。

  2.3D打印材料种类偏少

  放眼世界,目前工业领域适用的金属材料只有10余种,铝硅合金、钛合金、镍合金和不锈钢比较成熟,新一点的材料有3DXNanoESD碳纳米管灯丝。3D打印受限于耗材种类、性能的研究,在很多领域还不能取代传统的工业加工方式。

  国内发展契机

  李克强总理曾在2015年8月21日下午主持国务院专题讲座:讨论加快发展先进制造与3D打印等问题,指出要加速我国3D打印及相关产业的发展。与此同时,国内3D打印相关的耗材技术也在不断地进步发展。比如,中国航天科技集团公司211厂采用激光选区熔化成形技术,完成了国内首个钛合金叶轮的生产制造,并顺利通过试验考核,实现了复杂结构件的快速研制。这为国内3D打印技术向航空产业进军打下了坚实的基础。

  虽然3D打印技术目前在我国无人机产业中还没有被大规模地应用,但是从长远来看,随着国家投入的进一步加大、耗材技术的进一步提升,3D打印技术由于其种种传统加工方式无法比拟的优势,一定会在无人机产业中大有作为,成为无人机产业中不可或缺的加工工艺,很大程度上改变无人机制造企业的生产经营方式,助力我国无人机制造技术的发展提升。

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