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国防案例研究

3D 打印总能解决您的燃眉之急

当面临最大限度利用资源,以在极端条件下提供安全性的挑战时,创新不仅仅是竞争优势,还决定着人身安全。

军事制造商们凭借 3D 打印,能在极短的交货时限内制造出高度定制的国防设备。

位于德克萨斯州 Wichita Falls 的 Sheppard 空军基地的训练机开发飞行 (TDF) 是一个用于设计、开发和制造训练机和训练辅助品的设施,服务于空军,并视需要服务国防部 (DoD) 下属的其他任何分支。这些产品将用于多种训练环境,包括航空电子、武器和油料系统、医疗战备、HVAC 和远程通信系统。

这些训练机和训练辅助品可能是原创产品,也可能是现有产品的复制品,视训练需求而定。某些设备并不要求真正能够工作,因此购买真正的产品往往并不划算。对于大多数训练应用,更为经济的方式是在复制品上训练学生,而不是在通常极为昂贵的设备上训练。

TDF 使用直接数字制造来制造其大多数训练产品。为此,它集中地采用了四台 FDM 增材制造设备,并在整个工艺中融入了 AFSO 21(精简)工艺。

真正的挑战

在工艺中加入直接数字制造技术之前,TDF 使用传统的制造方法来生产其产品。传统的制造方式通常需要较长的准备时间,因为它们涉及多个步骤,如切削、车削、焊接、钣金弯曲和切割等。在制造工具来塑造部件时也会遇到相似的困难。

“由于我们的大多数项目都只制作一件或数量很少,采用传统方法会非常昂贵,”TDF 的主席 Mitchell Weatherly 说。“我们的工作中,只有约 10% 是原型制作,其他 90% 都是生产。”

真正的解决方案

Weatherly 称,在使用 FDM 前,TDF 考虑过“不少”其他增材工艺。“对于 FDM,投资是一次性的,不会不断添加,”他说道。“制造的部件非常耐用,且具有我们所需的高细节度。此外,该工艺对环境安全,100%“绿色”无污染。”

TDF 负责设计和制造无人飞行器(UAV,又称“无人机”)的精确复制品,用于培训练维修技术人员。它采用 FDM 制造了许多内部和外部组件。这些组件包括大多数机体组件,以及数种引擎罩、推进器和天线。他们还从原始设备制造商购买了不少真正的 UAV 组件。

切实的益处

光制造 UAV 的大型天线一项,FDM 设备就只花费了传统方法通常所需时间的十分之一,而它带来的投资回报超过了12,000 美元。而省下来的不仅仅是时间。对于天线,如果外包给加工车间,可能会花费长达 20 天时间来制作该部件,而使用 FDM 仅花费了两天,并且真正需要人力操作的时间只有 15 至 20 分钟。对于整个 UAV 项目,在某些领域中总供节约的时间超过 3 年。这一项目和在其它训练机上节省的成本在过去四年间高达 800,000 美元,令人印象深刻。

“FDM 系统的主要优势包括:比其它工艺或制造方法更快的速度、比注塑成型更高的灵活性以及通过该系统同时加工多个部件的能力,”Weatherly 说道。益处包括维护更轻松,且能够适应多种材料,用途广泛。“其它功能包括根据功能需求而非制造上的限制进行设计,并且能够以最小的代价立即实现设计上的更改。能够以零污染灵活制造任何产品的能力对空军而言是最大优势,”Weatherly 说。“基于 FDM 的设备已用于多个经费紧张的训练机计划中。我们还利用 FDM 工艺来进行研发,使得我们的飞行员和士兵能够得到实战般的训练。

“在首次购买 FDM 设备时,我们预计在 4 年后获得投资回报,但事实上仅用了 18 个月后,”Weatherly 说道。“在第二次购买 FDM 设备后,仅 9 个月后我们便开始获得回报。传统方法和高技术人才不可能被完全取代,但给予他们正确的工具和新技术,他们的工作会更为轻松,从而增强竞争力。我相信 FDM 是技术上最为先进的现有制造方式之一。自 2004 年我们购买四台设备中的第一台起,FDM 工艺迄今已为政府节省了 380 万美元,而我们预计 10 到 15 年间的节省额将超过 1500 万美元。 “

[编者按:TDF(训练机开发飞行)因其采用 FDM 技术和其他先进生产技术而赢得了 2008 年 Air Force Chief of Staff Team Excellence 奖。它已被视为一座卓越的制造中心,能够为空军及其他应令服务的国防部下属机构制造优秀的训练机和训练辅助产品。]

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