Origin和nTopology合作為F-16開發(fā)3D打印的航空航天部件

魔猴君  行業(yè)資訊   1449天前

就在上個(gè)月底，我們報(bào)道了由美國空軍快速支持辦公室（RSO）組織的首屆先進(jìn)制造業(yè)奧運(yùn)會(huì)。在這則新聞中，我們報(bào)道了由Origin領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已被選中參加。 Origin是Origin-One可編程光敏聚合物3D打印機(jī)背后的加利福尼亞公司，與生成設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化軟件提供商nTopology以及德克薩斯州的工程咨詢公司Stress Engineering Services合作，共同應(yīng)對(duì)了Approval Sprint挑戰(zhàn)。在10月20日至23日的舉辦的虛擬賽事中，該團(tuán)隊(duì)獲得了第一名。

圖片由Origin，nTopology和Stress Engineering Services提供

這場獨(dú)特的虛擬賽事，即高級(jí)制造業(yè)奧運(yùn)會(huì)，面臨著五個(gè)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)集中在增材制造和逆向工程方法上：技術(shù)數(shù)據(jù)包中繼，零件箱地板練習(xí)，物料障礙，供應(yīng)鏈馬拉松和批準(zhǔn)沖刺。批準(zhǔn)沖刺要求團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)，分析和交付具有同等性能的傳統(tǒng)零件的增材制造的替換解決方案來滿足空軍機(jī)隊(duì)的快速生產(chǎn)需求，這些解決方案可以快速部署以維持F-16戰(zhàn)斗機(jī)的運(yùn)行。“先進(jìn)的制造技術(shù)能夠快速生產(chǎn)以維持生產(chǎn)；但是，如果不對(duì)空軍的認(rèn)證方法和批準(zhǔn)新材料，新工藝和新零部件的時(shí)間表進(jìn)行重大改進(jìn)，就很難利用這些能力。選定的Sprint審批團(tuán)隊(duì)將競爭提供聚合物增材制造的替代解決方案，以快速部署指定的F-16飛機(jī)部件。這項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)的目標(biāo)是確定創(chuàng)新的戰(zhàn)略，以快速設(shè)計(jì)，鑒定和部署可持續(xù)解決方案，并利用新的制造材料，工藝和組件。”

Approval Sprint挑戰(zhàn)賽于今年8月底開始，為獲勝團(tuán)隊(duì)提供了100,000美元的潛在合同，該團(tuán)隊(duì)與美國空軍簽約.Origin領(lǐng)導(dǎo)的獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)已于9月開始遠(yuǎn)程合作，結(jié)合了nTopology的設(shè)計(jì)解決方案和Stress Engineering的專業(yè)知識(shí)，為解決具有挑戰(zhàn)性的F-16組件問題開發(fā)可行的解決方案。有問題的零件是F-16獵鷹（被認(rèn)為是世界上最成功的經(jīng)過戰(zhàn)斗驗(yàn)證的戰(zhàn)斗機(jī)）的液壓管夾。該夾具是空軍F-16機(jī)隊(duì)數(shù)千輛液壓鉗的C1375系列的一部分，是F-16起落架腔中的一個(gè)組件，其幾何形狀或設(shè)計(jì)始于1966年。這些零件由于“長時(shí)間暴露在振動(dòng)，化學(xué)環(huán)境和熱循環(huán)中”，通常會(huì)失效。此外，傳統(tǒng)的夾具零件制造方法會(huì)產(chǎn)生有毒的甲醛氣體，生產(chǎn)成本高，交貨期長。

圖片由nTopology提供

獲獎(jiǎng)的多材料夾具組件是在nTopology平臺(tái)上設(shè)計(jì)，在Origin One 3D打印機(jī)上進(jìn)行3D打印，并經(jīng)過Stress Engineering Services驗(yàn)證的，是從八個(gè)競爭產(chǎn)品中選出的，包括其他公司Stratasys，Markforged和National Institute for航空研究（NIAR）。 Origin團(tuán)隊(duì)的多材料零件是使用漢高開發(fā)的Loctite 3955（一種阻燃，耐化學(xué)腐蝕的材料）和一種用于系繩材料的彈性體IND402制成的，Origin自2015年以來一直與它在開放材料計(jì)劃中合作。該零件，具有一對(duì)夾具和3D系繩，可一次完成打印，成功滿足了挑戰(zhàn)性要求–涵蓋尺寸精度，應(yīng)力/載荷，易燃性，溫度額定值，噴氣燃料暴露，振動(dòng)耐受性，液壓油暴露和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油暴露。

多材料3D打印液壓鉗–在Orign One上單一構(gòu)建。圖片由nTopology提供

對(duì)于這個(gè)成功的解決方案，一批54個(gè)半模的生產(chǎn)時(shí)間為24分鐘，一天內(nèi)可能打印1,296個(gè)，一批的后處理需要20分鐘，而零件成本為1.25美元。 AM組件的剛性是傳統(tǒng)夾具的兩倍，重量減輕了5％，可以很容易地用一只手組裝，并按需制造。即使在大流行期間，團(tuán)隊(duì)的三名成員也在三個(gè)時(shí)區(qū)進(jìn)行了遠(yuǎn)程協(xié)作，進(jìn)行了30多次設(shè)計(jì)迭代，進(jìn)行了100多次測試，并打印了400多個(gè)零件，最終在短短30天內(nèi)產(chǎn)生了成功的解決方案。該零件還在打印過程中進(jìn)行了序列化，以確保零件的可追溯性，出處和庫存管理，從而在提高供應(yīng)鏈效率和可靠性方面增加了AM優(yōu)勢。“我們期待與空軍研究實(shí)驗(yàn)室和空軍生命周期管理中心合作，為越來越多的3D打印零件建立官方技術(shù)數(shù)據(jù)包。” Origin聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Chris Prucha說。

如今，憑借其在關(guān)鍵任務(wù)組件開發(fā)和更換中經(jīng)過證明的增材制造，設(shè)計(jì)和工作流程解決方案，空軍更有可能與Origin簽訂合同。對(duì)于該公司（成立于2015年，由Apple和Google領(lǐng)導(dǎo)）來說，這是對(duì)其增材制造生產(chǎn)中開放平臺(tái)方法的充分驗(yàn)證，該公司去年才推出了基于可編程光聚合（P3）技術(shù)的Origin One 3D打印機(jī)。nTopology還舉辦了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，介紹他們?cè)陂_發(fā)獲獎(jiǎng)夾具設(shè)計(jì)和解決方案方面的故事和過程。這家具有創(chuàng)造力的設(shè)計(jì)軟件公司上個(gè)月剛剛完成了4000萬美元的C輪融資，并于10月與NTT DATA XAM Technologies簽署了發(fā)行協(xié)議，以在日本市場推動(dòng)AM的發(fā)展。

nTopology的液壓夾具設(shè)計(jì)方法。圖片由nTopology提供

nTopology航空航天與國防技術(shù)總監(jiān)Ryan O’Hara博士說：“我們?cè)谙冗M(jìn)制造業(yè)奧運(yùn)會(huì)的Sprint認(rèn)證技術(shù)挑戰(zhàn)賽中獲得第一名，我們感到很榮幸和自豪。與Origin和Stress Engineering的一流團(tuán)隊(duì)一起工作既簡單又有益。這證明了結(jié)合設(shè)計(jì)，分析和制造的所有專業(yè)知識(shí)可以帶來前所未有的創(chuàng)新和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。”應(yīng)力工程服務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Matt Sanders表示：“我們非常感謝有機(jī)會(huì)通過Origin和nTopology參與這一挑戰(zhàn)。他們是兩家領(lǐng)先的AM技術(shù)領(lǐng)先公司。在這場充滿挑戰(zhàn)的大流行期間，我們的團(tuán)隊(duì)能夠找到協(xié)作和創(chuàng)新的方法。”   

增材制造工作流程。圖片由nTopology提供

點(diǎn)評(píng)：在此類應(yīng)用中，增材制造不僅對(duì)降低這些成本至關(guān)重要，而且對(duì)于提供現(xiàn)實(shí)世界中先進(jìn)的制造解決方案和數(shù)字化工作流程也至關(guān)重要，它們是可持續(xù)，高效，性能更好的替代傳統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)零件供應(yīng)，維護(hù)，更換，部署和可重復(fù)性的選擇。隨著飛機(jī)，衛(wèi)星，設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的老化，美國空軍從根本上尋求創(chuàng)新戰(zhàn)略，以降低維持空軍機(jī)隊(duì)和基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營的巨額成本，同時(shí)提高戰(zhàn)備狀態(tài)。  

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