3D打印無人機(jī)的制造邊界在哪里？

一架無人機(jī)，打印完直接裝配，只補(bǔ)了幾個(gè)螺紋孔。

Starke Additive最近交給Ferra Labs的這批件，無人機(jī)結(jié)構(gòu)件。

全金屬鏤空骨架，晶格貫穿外殼，電池艙和電子模塊安裝位直接長在機(jī)體里，四軸臂、電機(jī)座一體成型。

傳統(tǒng)加工遇到這個(gè)設(shè)計(jì)，往往需要拆成幾十個(gè)零件焊接。

看圖里那個(gè)桶形骨架。

外壁是不規(guī)則鏤空，不是均勻打孔，是拓?fù)鋬?yōu)化之后的有機(jī)形態(tài)。

每一個(gè)開口的位置和大小，都是力學(xué)計(jì)算的結(jié)果，材料只留在真正受力的地方。

頂部是蜂窩狀穹頂，用來保護(hù)內(nèi)部傳感器，同時(shí)控制重量。

底部骨架向外撐開，兼做起落架。

這些特征如果用CNC來做，要專用夾具，進(jìn)刀困難，而且起落架與機(jī)體的一體化連接需要焊接再補(bǔ)加工。

增材制造只需一次構(gòu)建，幾何關(guān)系在打印倉里就定好了了，裝配也簡單。

這批件用的是電子束熔融（EBM），GE旗下Colibrium Additive的設(shè)備，材料是鈦合金。

EBM和LPBF（激光粉末床）的根本差異是構(gòu)建環(huán)境。EBM在真空腔體內(nèi)工作，粉末床整體維持在600–700°C。

這個(gè)溫度場(chǎng)讓零件在構(gòu)建過程中均勻受熱、均勻冷卻，殘余應(yīng)力低。

鈦合金在這個(gè)條件下的冶金質(zhì)量接近鍛件，疲勞性能有保障。

對(duì)無人機(jī)結(jié)構(gòu)件來說，這一點(diǎn)很關(guān)鍵。

振動(dòng)載荷、氣動(dòng)沖擊、反復(fù)起降，都是疲勞失效的來源。

表面粗糙一點(diǎn)可以后處理，內(nèi)部有殘余應(yīng)力或微裂紋，很難接受。

選激光還是電子束，主要看零件的失效模式。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Bruno LE RAZER特別提到：

認(rèn)真做了DfAM，主動(dòng)減少了支撐結(jié)構(gòu)。

支撐結(jié)構(gòu)在金屬打印里是個(gè)容易被低估的變量。

它在打印時(shí)支撐懸垂面，防止變形，但打印完之后要去除。

去除本身是風(fēng)險(xiǎn)。

手工敲擊或機(jī)械切割，都會(huì)在接觸面留下殘余應(yīng)力和表面損傷。

去除面通常需要再加工，加工就是新的裝夾，新的裝夾就是新的基準(zhǔn)誤差。

減少支撐的方法是從設(shè)計(jì)端介入。

回到標(biāo)題的問題，無人機(jī)的制造邊界。

幾何復(fù)雜度，現(xiàn)在基本不是邊界了。

晶格、薄壁、內(nèi)流道、一體化多功能結(jié)構(gòu)，EBM和LPBF都可以實(shí)現(xiàn)，區(qū)別只是工藝和后處理。

邊界有兩個(gè)。

一是尺寸。

EBM的構(gòu)建倉通常較小，更大的機(jī)體要么分件打印再連接，要么換工藝。

二是設(shè)計(jì)。

打印不會(huì)幫你優(yōu)化設(shè)計(jì)，它只負(fù)責(zé)把你給的幾何形狀做出來。

DfAM是門檻，需要在設(shè)計(jì)階段把制造邏輯、力學(xué)邏輯、裝配邏輯同時(shí)考量，這決定了無人機(jī)結(jié)構(gòu)件能不能直接用。

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