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航空航天工业案例研究

有了 3D 打印,好的想法能够进一步体现价值

航空航天工业的标志性企业如 NASA 和 Piper Aircraft 均采用了世界上最为激动人心的 3D 打印应用。

NASA 沙漠探测车

在亚利桑那沙漠中,一辆敏捷的白色车辆正在黄沙上行驶。它在陡峭的地形上行动自如,不惧风吹日晒,昼夜极端的温差对它也毫无影响。NASA 的宇航员和工程师们正在试驾一辆探测车,观察它在模拟火星砂石遍布、丘陵起伏的严酷环境中的运行情况。

这就是沙漠 RATS(研究和技术调查)团队以及他们探测车 - 探测车如悍马大小,配备了增压仓以在宇宙空间维持人体生存条件。它最终可能用于 NASA 的最高目标之一:人类火星探测。在不久的将来,类似的车辆可能会帮助人类调查地球附近的小行星。

该探测车已成为 NASA 人类宇宙远行拓展计划的必要部分。它的车舱能够容纳两名宇航员,在其研究地外行星表面时提供数天时间的给养。它具有十二个结实的轮胎,安装在六根轴上,能够在不规则、难以预测的地形上自由穿梭。前突式的驾驶舱可向下倾斜,使其观察窗能够降低至地面。

3D 打印的探测车部件

NASA 固定装置

NASA 的工程师们将巧思妙想与先进技术结合,设计出了这款坚固耐用的专用车辆。例如,该探测车的约 70 个部件均采用数字方式制造,即直接利用计算机设计在生产级的 Stratasys 3D 打印机的加热腔中制得。该过程称为 Fused Deposition Modeling (FDM) 技术或增材制造,能够制造出具有复杂形状的坚固部件,足以应付火星的地形。

在构建一系列高度定制化的车辆并让它们经受非地球条件的严苛考验时,量产部件和传统制造方法达不到要求。NASA 探测车上的 3D 打印的部件包括防火通风管和壳体、摄像机安装架、大型舱门、一个用作前保险杠的大型部件,以及许多定制的固定装置。FDM 提供的设计自由度和快速周转可为复杂的电子组件量身定做壳体。例如,一个耳朵形状的外部壳体很深且形状弯曲怪异,如果采用机加工,即使能够实现,成本也将异常高昂。

对于其 3D 打印的部件,NASA 使用 ABS、PCABS 和聚碳酸酯材料。Stratasys 的专利技术 FDM 是唯一能够支持生产级热塑塑料的 3D 打印技术,这类塑料质地轻巧,但可制成结实耐用的最终用途零件。

只许成功,不许失败

Chris 的态度

“尽量轻巧显然是很有必要的,但同时强度也不能受到影响,因为后者决定着安全因素,是乘员生命的保障,”NASA 的测试工程师 Chris Chapman 说。关于人类的太空旅行,NASA 的信条是:只许成功,不许失败。从地球发射起,太空旅行就会将该车辆置于严酷的环境中。“为了脱离地球大气层,必须达到每小时数千英里的速度。你必须能够控制住所有这些振动才能进入太空,同时车辆不能受损,”Chapman 说。

NASA 工程师也使用 3D 打印原型来测试最终会使用其他材料来制作的部件的形状、配合和功能。这在进行昂贵的加工之前便解决了问题,确保机加工的部件以尽可能最佳的设计为基础。“人人都有预算限制,我们也不例外,”Chapman 说。

NASA CAD 绘图

每天,NASA 的工程师及其设备都在诸如预算和制造性等实际问题与人类探索未知领域的渴望之间架起桥梁,无论是在车间、沙漠,还是在另一颗行星上。

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