大幅面3D打印實(shí)現自主水下航行器的無(wú)模具、快速生產(chǎn)

根據3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀(guān)察，Dive Technologies通過(guò)大幅面3D打印完成了19英尺長(cháng)的DIVE-LD自主水下航行器的外部，是由九個(gè)3D打印的復合整流罩制成的，這些整流罩經(jīng)過(guò)機械組裝和涂覆。

更好的性能、更快的交付

自主水下航行器（AUV）是一種無(wú)人駕駛機器人車(chē)輛，能夠在水下行駛而無(wú)需與操作員進(jìn)行物理連接或由其進(jìn)行遠程控制。AUV通常配備傳感器，照相機或運輸設備，用于各種市場(chǎng)，包括國防和海洋研究。還將AUV用于海上勘測工作，以監控現有的石油或天然氣或海上風(fēng)電基礎設施，并調查新開(kāi)發(fā)的區域。

通常，AUV的外部船體要么包括一個(gè)大型金屬壓力容器，類(lèi)似于有人潛艇；要么這些容器是由熱成型塑料或復合材料制成的。但是，這兩種選擇都需要開(kāi)發(fā)和購買(mǎi)專(zhuān)用模具，這既昂貴又限制了AUV客戶(hù)可以接受的定制量。而Dive Technologies AUV發(fā)現，復合3D打印可以解決傳統制造的許多局限性。

/全新制造視角

根據Dive Technologies，AUV已經(jīng)存在了幾十年，但是客戶(hù)開(kāi)始要求使用當前的系統無(wú)法實(shí)現的功能?？蛻?hù)想要的是功能更強大的平臺，從某種意義上講，他們可以輕松集成更多的有效載荷或傳感器，并具有更長(cháng)的續航能力，以便一次可以連續幾天甚至幾周而不是幾個(gè)小時(shí)地出海。

Dive Technologies開(kāi)發(fā)的是DIVE-LD，這是一種19英尺長(cháng)，直徑為4英尺的商用AUV，能夠潛水至6,000米的深度，行進(jìn)距離可達500英里，有效載荷能力高達1立方米。根據3D科學(xué)谷的了解，船體的流體動(dòng)力學(xué)形狀是通過(guò)一種新穎的，類(lèi)似于承載汽車(chē)的內部結構實(shí)現的，這是一種“自由淹沒(méi)的體系結構”，這意味著(zhù)水實(shí)際上流進(jìn)了艙室，而所有電子設備都被安置在保護性壓力容器中。

最初，該團隊認為，最終結構將使用熱成型塑料作為外部船體。為了首先探索和設計，他們開(kāi)始與美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室（ORNL，美國田納西州橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室）討論使用3D打印進(jìn)行快速原型制作。通過(guò)ORNL，大幅面增材制造（LFAM）專(zhuān)家增材工程解決方案（AES）加入進(jìn)來(lái)，Dive Technologies開(kāi)始與AES團隊合作。



▲@AES

在3D打印原型的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，Dive Technologies意識到LFAM可以快速生產(chǎn)成品零件的潛力。每個(gè)纖維填充的ABS整流罩都是使用AES的BAAM打印機之一進(jìn)行增材制造的。



▲@AES

DIVE-LD的水力外部船體包括九個(gè)管狀整流罩，這些整流罩是使用AES的大面積增材制造（BAAM）3D打印機制造的。這些整流罩由SABIC提供的切碎的碳纖維填充ABS打印而成。車(chē)內還有77個(gè)較小的內部零件，也是3D打印的，包括將傳感器，馬達和其他電子設備連接至船體的支架和安裝架。根據3D科學(xué)谷的了解，AES可以在不到兩天的時(shí)間內將所有零件打印成完整的船體。



▲@AES

/易用且穩定

AES將船體交付給Dive后，Dive將3D打印的整流罩通過(guò)每個(gè)整流罩使用四個(gè)緊固件進(jìn)行機械固定。整個(gè)船體都經(jīng)過(guò)涂層處理，以填充3D打印過(guò)程中產(chǎn)生的“谷”或隆起，并產(chǎn)生光滑的流體動(dòng)力外表面。Dive在2019年至2020年之間對各種涂層選項進(jìn)行了，并評估了它們的易用性和在6000米海深的穩定性。



▲@AES，AES可以在不到兩天的時(shí)間內打印出DIVE-LD船體的所有組件。整套整流罩可以在不到15分鐘的時(shí)間內由兩名操作員拆除。

隨后這個(gè)船體進(jìn)行了6,000米的深度，首先在Woods Hole海洋學(xué)研究所（美國馬薩諸塞州Woods Hole）的壓力室中在樣板級別進(jìn)行了，然后在科德角進(jìn)行了全面原型的海上試驗。

3D打印的原型組件不僅滿(mǎn)足了比預期更好的性能要求，而且Dive意識到采用增材制造不僅可以節省模具成本，比傳統方法更快地生產(chǎn)最終產(chǎn)品，并實(shí)現更高的新水平，還可以為客戶(hù)量身定制。

每個(gè)客戶(hù)都需要完全相同的規格，如果Dive創(chuàng )建了一種容器設計，并且他們在模具上花費了數十萬(wàn)美元，那么他們必須努力將這一產(chǎn)品推向市常而通過(guò)3D打印，如果一個(gè)客戶(hù)想要對設計進(jìn)行一些不同的調整，或者希望容器變大一點(diǎn)或更長(cháng)一點(diǎn)，那么這并不帶來(lái)額外的制造成本。3D打印使Dive能夠實(shí)現定制解決方案，而無(wú)需經(jīng)歷昂貴的開(kāi)模這樣的傳統方式。

根據3D科學(xué)谷的了解，增材制造已成為Dive Technologies產(chǎn)品價(jià)值主張的核心部分。3D打印以一種快速，可配置的方式使制造發(fā)生改變。不僅是用于原型制作，而且還用于生產(chǎn)工具，這是前進(jìn)的方向。