先進(jìn)制造研究中心研究者達(dá)到新高度：3D打印集成電動渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)無人機(jī)

南極熊3D打印網(wǎng)報(bào)道

    無人機(jī)（UAV）是非常靈活的設(shè)備，通?？梢杂糜诤娇湛睖y、拍攝，以及環(huán)境監(jiān)控。但是大部分的設(shè)計(jì)都是昂貴而且制造非常耗時(shí)的。今年三月份，英國謝菲爾德大學(xué)先進(jìn)增材制造中心（AMRC）的工程師與Boeing（波音公司）新的設(shè)計(jì)與原型制造小組一起設(shè)計(jì)并使用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具以及3D打印技術(shù)制造出一款創(chuàng)新的小型無人飛行器。
    機(jī)身完全是使用熔融沉積制造（FDM）3D打印技術(shù)制造的，使用的是Stratasys的Fortus 900mc FDM 3D打印機(jī)，為了節(jié)省材料成本和制造時(shí)間，AMRC團(tuán)隊(duì)專門根據(jù)增在制造設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)部分，因此所有的結(jié)構(gòu)的打印都不需要支撐材料。完成的飛行器翼展1.5米長，重量小于2kg，中心脊椎兩邊可以輕易地分開，方便運(yùn)輸。

    現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)又向前邁出了另一步：他們開發(fā)了他們的原創(chuàng)滑翔機(jī)，結(jié)合電動渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，并在美國頂級航空展會上公開了他們的最新進(jìn)展。

    為了制造出小型無人機(jī)的這個(gè)最新版本，團(tuán)隊(duì)使用了3D打印技術(shù)，制造出碳纖維部件，并制造出部件夾具、固定裝置和模具，以及無人機(jī)的機(jī)身部分。

    對滑翔機(jī)的其中一個(gè)空氣動力修改是加入了更多的機(jī)翼扭曲。因?yàn)槿魏蔚牟粚ΨQ都會導(dǎo)致預(yù)測速度范圍的水平飛行的調(diào)整困難，因此部件需要精確地打印和安裝。為了達(dá)到這一點(diǎn)，打印的翼根、梢肋、中部碳肋和主桅桿都設(shè)計(jì)成自我附合上下表層。將部件結(jié)合在一起則是使用結(jié)構(gòu)型膠粘劑。

    無人機(jī)的中心機(jī)身使用了雙發(fā)動機(jī)導(dǎo)管，具有復(fù)雜的內(nèi)部特性，使機(jī)器可以以接近20米每秒的速度飛行。據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，設(shè)計(jì)師還制作了可以收集無人機(jī)發(fā)動機(jī)根據(jù)氣動效應(yīng)釋放出的空氣的可移動“Duck Tail（鴨尾）”，改進(jìn)了行距控制，使用了類似于最近使用在一級方程式賽車概念。

    這些改動將本來不足2kg的飛行器變成了現(xiàn)在重達(dá)3.5kg。因?yàn)樵黾拥闹亓亢透叩念A(yù)測飛行速度，彈射器發(fā)射對于加強(qiáng)版的無人機(jī)來說變得有必要了。因此他們還設(shè)計(jì)了一個(gè)發(fā)射彈射器，同樣是使用3D打印部件。彈射器使用自動釋放機(jī)制，將無人機(jī)鎖定在運(yùn)輸器上，讓發(fā)動機(jī)在發(fā)射之前全功率運(yùn)行。發(fā)射器可以使無人機(jī)以三倍于重力的加速度發(fā)射到空中，達(dá)到12米每秒的發(fā)射速度。

    他們并不會止步于此。他們的下一步挑戰(zhàn)將會是將電動管道風(fēng)扇發(fā)動機(jī)更換成燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，使無人機(jī)的翼展加倍到三米。他們還希望對打印部件進(jìn)行蒸汽拋光，以及使用碳復(fù)合材料制造的結(jié)構(gòu)電池。
    高級設(shè)計(jì)工程師Garth Nicholson博士稱：“我們的項(xiàng)目在在所有的程度上都是成功的，無論是團(tuán)隊(duì)建設(shè)、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)所獲得的經(jīng)驗(yàn)、制造設(shè)計(jì)到計(jì)算流體動力學(xué)的測試和確認(rèn)?！?br />     “無人機(jī)的開發(fā)使用了增量式設(shè)計(jì)理念和，并嘗試了碳纖維制造的實(shí)驗(yàn)制造技術(shù)?！?br />

    項(xiàng)目展示了團(tuán)隊(duì)的技能和技術(shù)能力，尤其是當(dāng)中幫助他們快速降低了使用3D打印的制造時(shí)間、材料成本、部件制造成本的新技術(shù)，可以有效幫助中小型制造商，開發(fā)新的產(chǎn)品、步入新的市場。
    團(tuán)隊(duì)稱他們將會將更多的復(fù)雜電子控制系統(tǒng)和GPS建立到機(jī)身中。他們最終的項(xiàng)目目標(biāo)是三米翼展的自動無人機(jī)設(shè)計(jì)，使用先進(jìn)的制造技術(shù)設(shè)計(jì)和打造。

    via ARMC paper

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