謝菲爾德大學和波音聯(lián)合設計3D打印無人機

小型無人機（unmanned aeral vehicles UAVs）是一種非常靈活設備，經(jīng)常被用于空中勘測、攝影和環(huán)境監(jiān)測上。但大多數(shù)設計的制造都是昂貴而又十分費時的。謝菲爾德大學（University of Sheffield）先進制造研究中心（AMRC）與波音公司的新設計及原型制作組合作，使用先進的設計工具和3D打印技術(shù)設計并試制了一架創(chuàng)新小型無人駕駛飛機。

    機身部分都是采用熔融沉積成型（FDM）技術(shù)3D打印出來的。為了節(jié)省材料成本和制造時間，AMRC團隊在設計每個零部件的結(jié)構(gòu)時都考慮到了增持制造的因素，以便它可以無需任何支撐材料進行打印。
“通過解了FDM工藝的能力和相關的軟件以后，我們就能夠設計許多獨特的功能并能防止在實際制造時出現(xiàn)變形。”AMRC設計和原型工作組的開發(fā)工程師Mark Cocking說。

使用Stratasys公司的Fortus 900mc FDM 3D打印機，開發(fā)團隊能夠把機翼結(jié)構(gòu)從簡單的機翼蒙皮改進為集成了加強物的更為成熟的設計。半殼式內(nèi)部結(jié)構(gòu)有助于防止3D打印過程中出現(xiàn)變形，在飛行中能承受空氣動力載荷，并可以很容易地組裝。“通過Fortus 900，構(gòu)成機身的所有零部件都被集成到一個單一的結(jié)構(gòu)中，使用ABS-M30材料，不到24小時即可一次打印完成，” Cocking說。“在使用增材制造之前，制作這個機身將需要超過120小時。”
“適合空氣動力學性能的多樣化需求和FDM制造技術(shù)的最佳配置似乎是混合翼身�！遍_發(fā)工程師John Mann說，他領導了細節(jié)設計。“這種類型的設計具有許多優(yōu)點，最重要是，其每個半跨度的平滑前緣和后緣很適于FDM技術(shù)制造”。
最終的機身僅由九個部分組成：兩個機翼、兩個升降副翼、兩個翼梁、兩個翼端圍欄和一個中心脊柱。所有這些零件都是3D打印而且沒有使用支撐材料。

“這架UAV成品擁有1.5米的翼展，重量不到2公斤，并很容易從中間分為兩半，以便運輸�！盇MRC稱。
在Peak District的第一次測試中，該機表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，飛行時氣動噪聲低。“在飛行試驗成功后，我們又給它加了翼梢小翼和雙涵道風扇推進系統(tǒng)�！备呒壴O計工程師Garth Nicholson說�！拔磥淼拈_發(fā)規(guī)劃包括飛行參數(shù)全機載數(shù)據(jù)記錄，通過GPS自主運行，并通過表面變形技術(shù)控制。我們也正在檢驗新的涵道風扇的設計�！�
通過企校合作，AMRC設計與原型工作組向制造業(yè)的設計者們成功展示了FDM工藝是相對較大的“薄墻”類型部件的理想的制作技術(shù)。通過沒有支撐材料的打印結(jié)構(gòu)設計，節(jié)省了時間和某些特定無人機的成本，例如用于在災難地區(qū)搜索生還者的無人機等。