謝菲爾德大學(xué)和波音聯(lián)合設(shè)計(jì)3D打印無人機(jī)

小型無人機(jī)（unmanned aeral vehicles UAVs）是一種非常靈活設(shè)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(shè)計(jì)的制造都是昂貴而又十分費(fèi)時(shí)的。謝菲爾德大學(xué)（University of Sheffield）先進(jìn)制造研究中心（AMRC）與波音公司的新設(shè)計(jì)及原型制作組合作，使用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具和3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)并試制了一架創(chuàng)新小型無人駕駛飛機(jī)。

    機(jī)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(shí)間，AMRC團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)每個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)時(shí)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(jìn)行打印。
“通過解了FDM工藝的能力和相關(guān)的軟件以后，我們就能夠設(shè)計(jì)許多獨(dú)特的功能并能防止在實(shí)際制造時(shí)出現(xiàn)變形。”AMRC設(shè)計(jì)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(jī)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠把機(jī)翼結(jié)構(gòu)從簡單的機(jī)翼蒙皮改進(jìn)為集成了加強(qiáng)物的更為成熟的設(shè)計(jì)。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(jī)身的所有零部件都被集成到一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)中，使用ABS-M30材料，不到24小時(shí)即可一次打印完成，” Cocking說?！霸谑褂迷霾闹圃熘?，制作這個(gè)機(jī)身將需要超過120小時(shí)?！?
“適合空氣動力學(xué)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(lǐng)導(dǎo)了細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。“這種類型的設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)，最重要是，其每個(gè)半跨度的平滑前緣和后緣很適于FDM技術(shù)制造”。
最終的機(jī)身僅由九個(gè)部分組成：兩個(gè)機(jī)翼、兩個(gè)升降副翼、兩個(gè)翼梁、兩個(gè)翼端圍欄和一個(gè)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(yùn)輸?！盇MRC稱。
在Peak District的第一次測試中，該機(jī)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，飛行時(shí)氣動噪聲低。“在飛行試驗(yàn)成功后，我們又給它加了翼梢小翼和雙涵道風(fēng)扇推進(jìn)系統(tǒng)?！备呒壴O(shè)計(jì)工程師Garth Nicholson說?！拔磥淼拈_發(fā)規(guī)劃包括飛行參數(shù)全機(jī)載數(shù)據(jù)記錄，通過GPS自主運(yùn)行，并通過表面變形技術(shù)控制。我們也正在檢驗(yàn)新的涵道風(fēng)扇的設(shè)計(jì)?！?
通過企校合作，AMRC設(shè)計(jì)與原型工作組向制造業(yè)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，節(jié)省了時(shí)間和某些特定無人機(jī)的成本，例如用于在災(zāi)難地區(qū)搜索生還者的無人機(jī)等。