Az Aurora Flight Sciences UAV-kat, azaz pilóta nélküli repülőgépeket fejleszt mind polgári, mind pedig katonai célokra, immár 30 éve. A folyamatosan növekvő megrendelői igények kielégítésére a kutató-fejlesztő részlegük a Stratasys 3D nyomtatási technológiáit is egyre gyakrabban használja alkatrészek és szerszámok gyártására.
Az Aurora és a Stratasys mérnökei újabban pedig egy még ambiciózusabb projektbe kezdtek: egy sugárhajtású, tolóerővektor-eltérítéses, egybeépített szárnyú, távirányítással vezérelt repülőt építenek.
“Eddig még senki sem fogott hasonló vállalkozásba” – mondta James Berlin, a Stratasys additív gyártási fejlesztőmérnöke. “Számunkra ez ismeretlen terület volt. El akartuk menni ezeknek az anyagoknak és az additív gyártási folyamatoknak a határáig.” A gép a 98N tolóerejű sugárhajtóműve és a tolóerővektor-eltérítő mechanizmus biztosítja a nagy sebességét és irányíthatóságát.
“A mai napig stigmaként viselik a 3D nyomtatási technológiák a prototípus gyártási jelzőt” – mondta Berlin. “De ez már nem egy asztali modell, ami eltörik, ha hozzáérünk, ez egy 240 km/órás repülő.”
Tervezői szabadság a repülőgép fejlesztésekben
A Stratasys 3D nyomtatási technológiájának magától értetődő előnye a belső struktúrák tervezhetősége. Míg a belső szerkezetek kialakításában egyre nagyobb a tervezők szabadság, egyre komplexebb feladat ezeknek a szerkezeteknek a bevezetése a repülőgépiparban. Az Aurora a Stratasys-szal folytatott együttműködésének köszönhetően hasznosíthatta a topológia optimalizálást, mellyel egy fizikán-alapuló szemlélettel a természetben található komplex struktúrák utánozhatóak. Az eljárással kimutatható, hol szükségtelen anyagot hagyni, a szerkezet optimalizálható egy specifikus követelményrendszernek megfelelően.
Az Aurora a Stratasys additív gyártási technológiáját használva képes volt egy merev, könnyű szerkezetű gép építésére, ráadásul költséghatékonyan, egyedi céloknak megfelelően. Ezeken felül azzal, hogy a bonyolult szerelt szerkezetek egy elemmé összevonhatóak, a komplex kialakítások is egyszerűek és elegánsak. Egy egyszerű példa erre ezen a gépen az üzemanyagtartály, mely több részegység összevonásával született. A belső és külső vezetékeket, az üzemanyagszűrő és a -szívattyú csatlakozókat, valamint az egyéb üzemanyag vezetékek csatlakozóit is össze tudták vonni.
A tervezői szabadságnak köszönhetően a mérnökök nagyon be tudták állítani a gép súlypontját, ami elengedhetetlenül fontos az egybeépített törzzsel és szárnnyal rendelkező gépeken. “A gép kialakításán bármilyen változás a tömegközéppont helyzetének megváltozásával jár. Azonban az additív gyártással pontosan szabályozható, hova kerüljön anyag és hova ne, így az iteráló tervezés egy-egy lépése minimális hatást jelent a gép többi részére.” – mondta Dan Campbell, az Aurora Flight Sciences fejlesztőmérnöke.
A gép gyártási ideje a felére csökkent az additív gyártásnak köszönhetően, a legnagyobb csökkenést a szerszámozás kiváltásával érték el.
A csapat magját jelentő 6 mérnök GrabCAD-et, a Stratasys mérnökök együttműködését segítő megoldását használta a CAD adatok megosztására, illetve a projekt irányítására. Ezzel a megoldással a két, különböző helyen lévő cég nagyon rövid időkereten belül tudta megtervezni és legyártani a repülőt. A szoftver majdhogy közösségi oldalként működik, de nyomon követhetők a revíziók, lehetséges az üzenetküldés, egyúttal a tervdokumentációk raktáraként is működik.
Repülésre kész 3D nyomtatott alkatrészek
A repülőgép főbb részegységei:
- Két szárnyvég
- Két szárnyszelvény
- Géptörzs
- Hasznos teher modul
- Üzemanyagtartály
- tolóerővektor-eltérítő mechanizmus
A gép szárnyfesztávolsága 2,9 méter, a gép tömege 6,4 kg. 34 elemből épül fel, ebből 26 készült 3D nyomtatással, és a gép tömegének 80%-át teszi ki. Stratasys Fortus 3D nyomtatókat használtak az ASA termoplaszt alapanyagú szárny és géptörzs legyártására, hogy a szükséges merevséggel és szívóssággal is rendelkezzen a gép, de egyúttal a sűrűsége alacsony legyen.
A csapat a Stratasys közvetlen gyártását is kihasználta, mellyel többféle additív gyártási eljárás, és szinte minden anyag elérhető. Az üzemanyagtartály nylon alapanyagból, lézer szinterezéssel, az elszívócsatorna fedél ULTEMTM 1010 termoplaszt 3D nyomtatásával, a tolóerővektor-eltérítő mechanizmus direkt fém szinterezéssel (DMLS), INCONEL® 718 alapanyagból készült, mivel a kilépő sugár hőmérséklete a 700°C-ot is elérheti.
Felszállásra készen
A csapat magabiztosan hajtott ki a sós sivatagba, hogy teszteljék a repülőt, de nem voltak felkészülve az érzelmi hullámvasútra, ami kint várta őket. Amint elkezdték a helyszínen az elemek végső összeszerelését, elkezdtek dolgozni az idegek, de amint felszállt a 3D nyomatott repülő, átvette az idegeskedés helyét a megkönnyebbülés.
“Még mindig varázslatként tekintünk a repülésre, valahányszor egy új repülő első alkalommal felszáll, valaki biztosan megjegyzi: >>Nem hiszem el, hogy repül!<<“ – tette hozzá Dan. “Tényleg csodálatos pillanat volt. Imádom a sugárhajtású gépeket, és egy 3D nyomtatott repülőt látni repülni, lenyűgöző!”
Ahogy egyre több repülőgép ipari vállalat adaptálja ezt a technológiát alkétresz és szerszámozás gyártásához, a Stratasys 3D nyomtatási megoldásai egyre növekvő mértékben segítik majd a felhasználókat mind az emberi, mind pedig a pilóta nélküli repülőgépgyártásban, legyen szó katonai vagy civil alkalmazásról, harmadlagos, másodlagos vagy akár elsődleges szerkezeti elemekről.
“Célunk ezzel a projekttel, hogy megmutassuk a repülőgépiparnak, milyen gyorsan lehet a tervezéstől a gyártásig és a repülésig eljutni egy 3D nyomtatott sugárhajtóműves repülővel.” – tette hozzá Dan. “Óriási megelégedettséget jelentett repülni látni.”
Tovább információ