Stratasys使用仿真軟件創(chuàng)建輕量化航空航天組件

導(dǎo)讀：部件輕量化是推出新型可持續(xù)飛機(jī)和航天器的關(guān)鍵。3D打印塑料部件在這一領(lǐng)域中具有許多好處，可以減少能源消耗并增加新飛機(jī)的航程。早在2022年11月，Stratasys宣布應(yīng)用Hexagon（?？怂箍担┲圃熘悄懿块T(mén)的仿真技術(shù)，以捕捉其超輕Antero增強(qiáng)聚醚酮酮（PEKK）材料及其增材制造工藝的行為。

△Hexagon和Stratasys通過(guò)仿真技術(shù)軟件Digimat，可加快復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)過(guò)程

2023年8月22日，南極熊獲悉，Oli Johnson與Stratasys航空航天全球總監(jiān)Foster Ferguson，討論了該公司使用Hexagon仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)航空航天部件輕量化的情況。

據(jù)Stratasys稱(chēng)，由于航空航天行業(yè)對(duì)部件的安全性要求以及監(jiān)管規(guī)定，增材制造在結(jié)構(gòu)部件中的應(yīng)用仍然相對(duì)緩慢。Stratasys與Hexagon合作使用仿真軟件，通過(guò)為工程團(tuán)隊(duì)提供仿真工具來(lái)驗(yàn)證材料是否能夠滿足所需的零件性能，它們正在填補(bǔ)這個(gè)“缺失的環(huán)節(jié)”，使設(shè)計(jì)人員能夠取得突破。

△采用Stratasys的Antero 800NA熱塑性塑料打印的零件

Stratasys航空航天全球總監(jiān)Foster Ferguson解釋說(shuō)：“當(dāng)涉及尺寸精度和打印是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，滿足這些規(guī)范非常重要。無(wú)論是壽命測(cè)試、紫外線測(cè)試、熱量測(cè)試還是疲勞測(cè)試等等，對(duì)材料進(jìn)行表征并將數(shù)據(jù)提供給工程師是至關(guān)重要的。這就是為什么Hexagon Digimat軟件在整個(gè)過(guò)程中如此關(guān)鍵。我們希望通過(guò)打印后端的技術(shù)驗(yàn)證來(lái)提供信心，證明這個(gè)獨(dú)特的航天器的設(shè)計(jì)已經(jīng)滿足了公差要求?！?br />

△獵戶座飛船對(duì)接艙門(mén)是使用Stratasys Antero 800NA 3D打印的

滿足航空航天行業(yè)的特定要求和法規(guī)

目前，Stratasys的Antero 840CN03和Antero 800NA的多尺度模型，已經(jīng)添加到Hexagon的Digimat材料交換生態(tài)系統(tǒng)中，并附帶來(lái)自Stratasys航空級(jí)3D打印機(jī)的相關(guān)打印參數(shù)。這些模型使工程師能夠創(chuàng)建數(shù)字孿生，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)使用所選材料和經(jīng)過(guò)認(rèn)證的航空級(jí)Stratasys打印機(jī)打印的零件的性能。

據(jù)Hexagon稱(chēng)，在制造任何物理原型之前，可以使用真實(shí)世界的用例和認(rèn)證測(cè)試對(duì)這些零件進(jìn)行數(shù)字模擬。這些材料已經(jīng)在航空航天工程中得到應(yīng)用，例如洛克希德·馬丁公司使用Antero 840CN03制造NASA的獵戶座飛船對(duì)接艙蓋。

談到輕量化部件的重要性，例如使用仿真軟件設(shè)計(jì)的部件，F(xiàn)erguson表示：“輕量化非常重要，對(duì)于一直在尋找減輕重量方法的工程師來(lái)說(shuō)，每一磅在航天領(lǐng)域都非常重要，這對(duì)于燃料成本來(lái)說(shuō)意義重大。該材料具有耐疲勞、堅(jiān)固和靜電耗散特性的優(yōu)點(diǎn)?！?br />

△3D打印餅形部件，是美國(guó)宇航局獵戶座飛船艙口蓋組件的一部分

設(shè)計(jì)出更輕的零件且性能可與金屬相媲美

Ferguson強(qiáng)調(diào)了使用仿真軟件的好處：“滿足特定要求和法規(guī)無(wú)疑是其中之一。商業(yè)旅行和太空旅行有不同的規(guī)定。對(duì)于太空旅行，人們更關(guān)心整體安全問(wèn)題，并確保當(dāng)這個(gè)東西出去時(shí)它能夠滿足客戶要求的原始設(shè)計(jì)規(guī)范和要求。過(guò)去，我們對(duì)機(jī)器進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，打印樣品，測(cè)試細(xì)絲并創(chuàng)建可以發(fā)布的數(shù)據(jù)集。我們?cè)诠舱搲惺褂盟?，為了讓工程師能夠根?jù)這個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)創(chuàng)建自己的等效數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品?！?br />
Hexagon表示，其Digimat軟件使制造商能夠設(shè)計(jì)出更輕的零件，其性能可與金屬相媲美，并避免代價(jià)高昂的“過(guò)度設(shè)計(jì)”。該公司十多年前首次開(kāi)始與Stratasys合作，當(dāng)時(shí)已對(duì)ULTEM 9085、ULTEM 9085 CG、ULTEM 1010和Nylon12CF等高性能熱塑性塑料進(jìn)行了表征，并將其添加到Digimat軟件中。Ferguson和Stratasys表示，PEKK等3D打印材料能夠取代通常由鋁和鋼生產(chǎn)的應(yīng)用，這表明它在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。