國際航空站

 

 在太空中生存可能是我們近代,今世後代的最大挑戰之一。作為科學家,甚至是殖民者,我們進入了最後的疆域,充滿了對地球上成千上萬個問題(哲學,生物學,環境甚至是農業)的潛在答案。2016年,兩名宇航員將在國際航空站上存活最長的時間是342天。隨著我們繼續測試人體適應大氣以外的外部環境的能力,在太空中生存的挑戰被在太空中生存的挑戰所取代。

 

3D列印為國際空間站帶來了家的感覺

↑圖片由IRPI / NASA提供

 

 

“我們的目標是設計,製造,交付和測試杯子,以取代重力在毛細管壓力下在地球上飲用的杯子。”

 

科學家正面臨著使空間變得宜居的問題的一種方式是通過工程杯,使宇航員可以在微重力作用下在熟悉的家中喝酒。最簡單的娛樂-飲食-成為迷宮般的難題,對於科學家來說,一旦脫離地球引力範圍,就可以解決。IRPI是工程諮詢公司NASA所依賴的,它可以使人們從地球上的杯子中喝出來的舒適感帶到惡劣的太空環境中。為了製造具有微重力的水杯,IRPI尋求3D列印以解決似乎是無法克服的挑戰。

 

「挑戰」 

 

IRPI是一家工程諮詢公司,專門從事航天器流體動力學和流體管理方面的研發。其技術開發項目涉及從生物技術到NASA太空計劃的所有項目。在製作太空杯時,IRPI的任務是在太空杯內部模仿地球的重力。

 

Drew解釋說:“我們的目標是設計,製造,交付和測試杯子,以取代重力在重力作用下飲用地球上的杯子。太空杯必須是一個開放的容器,必須透明地收集數據。它必須是食品安全的並且能夠承受高溫。”

 

簡而言之,毛細管流是由利用液體的表面張力,潤濕條件和杯的幾何形狀而產生的液體中的壓力梯度產生的。研究流體在微重力作用下在表面上的反應和移動方式是一項重要的工作。流體系統涉及航天器的各個方面,從生命支持到液體處理,動植物棲息地,熱交換器到液體燃料。為瞭解決使杯子內的液體沿著正確的表面(從底部向上到達飲用者的嘴巴)移動的挑戰,需要復雜的幾何形狀,而常規製造技術要付出高昂的代價才能做到。IRPIStratasys Direct Manufacturing合作,使用唯一可行的技術製造太空杯:3D列印。

 

「解決方案」

 

Stratasys Direct ManufacturingIRPI共同致力於40多個原型的製作,並最終使用立體光刻3D列印技術製造了12個太空杯。“ Stratasys Direct Manufacturing與我們在一起,提供概念印刷,材料選擇,規模測試模型和最終產品,” Drew說。

 

 

團隊選擇使用Accura 60材料和立體光刻技術製造太空杯的原因有三點:其準確性,高解析度和材料的光學清晰度。立體光刻為3D列印提供了一些最佳公差,公差為±0.005英寸或±0.001英寸/英寸(以較大者為準)。它最細的塗層厚度為0.002英寸,直接關係到杯子表面的光滑度。“ 3D列印杯子的最重要方面是美觀;太空杯必須看起來不錯。”德魯說。“此外,杯子的幾何形狀是影響杯子性能的關鍵因素,因此必須保持機器和後處理的準確性才能成功。” 杯子幾何形狀上的任何缺陷都會影響液體流動。杯子的光滑,透明和吸引人的飲用對項目的成功至關重要。

 

Stratasys Direct Manufacturing的專業立體光刻工程師將他們多年的經驗帶到了該項目中,以結合正確的光束長度(UV鐳射),層厚度和設計方向來產生所需的IRPI結果。IRPI處理杯子的表面處理,以滿足嚴格的食品安全要求,並實現精確數據收集所需的表面處理。

 

熔融沈積建模(FDM)用於創建更堅固的杯架,而立體光刻技術則生產了約40個太空杯和原型。

 

在使用地球上的立體光刻杯進行微重力測試後,太空杯幾乎已經準備好前往國際空間站。但是,要到達車站,杯子必須在旅途中生存下來,這就需要進行額外的測試,以確保材料通過NASA的飛行要求。“ IRPI設法獲得NASAAccura 60材料的飛行認證,這並非易事。” 德魯。借助3D列印,完成了模擬微重力測試,獲得了NASA的飛行認證並成功執行了幾何圖形,太空杯進入了太空。

 

「結果」

 

“毛細管飲料實驗是成功的,” Drew說。“六個獨特的太空杯是通過SpaceX-6進入國際空間站的。在過去的一年中,我們進行了10次飛行操作,宇航員按照地麵團隊的指示進行了太空杯的實驗和演示。” 美國宇航員斯科特·凱利(Scott Kelley)有望在幾個月內打破在國際空間站的最長停留時間記錄,他從杯子裡喝了第一口咖啡得到了積極的評價。美國宇航員Kjell Lindgren首次能夠使用杯子在太空沖泡咖啡。甚至我們的國際合作夥伴也喜歡在太空中喝杯咖啡。日本航天局(JAXA)宇航員Kimiya Yui表示很高興能從重力模擬太空杯中飲用。

 

增材製造或3D列印在使這些杯子成為現實方面發揮了關鍵作用。“雖然我們熟悉增材製造,但是如果沒有Stratasys Direct Manufacturing和我們的項目工程師Harold Myer,我們將無法獲得相同的結果,” Drew說。“哈羅德(Harold)是最適合我們公司的公司,它幫助我們選擇了材料,並在需要時在列印機上完成了我們的項目。對我們而言,重要的是我們要立即退回報價並立即開始列印,因為我們正在按照NASA的時間表進行工作,這可能會很複雜。”

 

3D列印為製造的新領域打開了大門,使科學家和工程師有機會冒險進入從未在物理上展現過的設計,並提供了超出我們最瘋狂夢想的解決方案。這是地球和太空令人興奮的時刻!

 

如果有任何疑問或意見,歡迎與我們聯繫。

3D列印


航太防務巨擘BAE Systems

總部位於倫敦的BAE系統公司主營設計、開發和製造複雜的水面艦艇、戰鬥車輛和安全系統。

 

在蘭開夏郡,該公司建造了一座未來主義的智慧工廠,用於開發和製造"暴風"(Tempest)戰鬥機。

 

近日,這座史無前例的未來工廠,全新引入了一台Stratasys F900 3D印表機,希望通過先進的增材製造技術進一步提速生產線效能、持續降低業務成本。

 

說起BAE與Stratasys的合作,最早可追溯到2006年。十幾年間,雙方不斷加強聯繫,讓BAE對於3D列印技術和材料有了“更多接觸”。

 

這台新近“入手”的新機,已是BAE擁有的第4台F900 3D印表機。

到底是什麼樣的“神仙機器”,讓英國防務巨頭BAE多次伸出“橄欖枝”?

Stratasys F900 3D印表機

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Stratasys F900 3D 印表機專為設計和工作規模較大的製造業和重工業而打造,它具備所有 FDM 系統中較大的構建尺寸,旨在滿足苛刻的製造需求。

 

通過將加速套件添加至列印系統,可加快大型部件的構建速度,並快速擴大生產規模。

 

由於其列印系統採用的是與傳統製造工藝相同的標準工程級、高性能熱塑性塑膠製成,因此穩定性更高、系統故障率也更低

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而這台全新安裝的F900 3D印表機將主要用於生產原型、模具和戰鬥機的最終用途部件。

 

通過進一步提高生產流程的靈活性,BAE希望相較既有的生產方法能夠明顯降低成本、縮短交付時間。

 

不難想像,F900 3D印表機將在未來工廠中“晝夜不停”地運行並推動更高效的生產,助力實現BAE的工業4.0創新

 

“ 我們的未來工廠計畫使用顛覆性的技術推動戰鬥機的未來生產,我們正與供應商和更多行業進行緊密合作,以滿足英國政府對我們提出的要求,Stratasys的熔融沉積成型 3D 列印技術(FDM)在未來工廠中扮演了重要角色,它有助於我們實現節省成本、加速上市的總體公司目標。”

—Greg Flanagan, BAE Air增材製造運營部負責人

Stratasys F900 3D印表機

↑Stratasys FDM 3D列印技術被BAE廣泛應用於“颱風”(Typhoon)戰鬥機的多個地面設備應用

 

Stratasys 3D列印在BAE航太航空業務中的應用

作為一名開發使用增材製造技術超過20年的資深“玩家”,BAE對3D列印和Stratasys都非常熟悉。

 

比如,和克蘭菲爾德大學合作,使用弧線增材製造(WAAM)技術開發噴氣式戰鬥機部件。和曼徹斯特大學合作製造出可在飛行中進行超音速移動的“航空史上第一架飛行器”。

 

2019年8月,BAE與Stratasys達成更加緊密合作的協議,這也讓Stratasys的3D列印系統真正成為成本集約型未來工廠的一部分,持續深化為飛行器生產提高效率

Stratasys F900 3D印表機

↑BAE引入的第4台Stratasys F900 3D印表機將作為未來工廠的一個組成部分

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就目前而言,Stratasys 的FDM 3D列印廣泛應用於BAE既有的飛行器地面設備。包括創建空間模型、設計驗證原型、生產製造工具,如夾具,固定器和最終用途部件,並已帶來了顯著的成本、時間節省。

 

FDM 3D列印技術是一種高效的方法,可降低產品模具的前期成本,尤其是在生產需求量較小的鑽具等產品時。

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未來,新增加的F900 3D印表機還將幫助BAE開發應用于模具的全新3D列印材料。包括碳纖維填充尼龍材料12CF,可用于製造強韌但輕盈的維修和開發工具。

 

“ 3D列印技術説明我們創新傳統製造工序,我們可以為新產品快速製作一次性部件,更便捷、更經濟地替換工具,在硬體延遲時保證生產正常運行。即使供應鏈中斷,在公司內部擁有這樣的生產能力讓我們可以更加靈活地運營業務,持續以最好的服務滿足客戶的需求。”

—Greg Flanagan, BAE Air增材製造運營部負責人

 

對Stratasys而言,與BAE的持續合作也是驅動產業創新,識別3D列印新應用的重要途徑。

 

“ BAE的未來工廠是創新型企業尋求最新增材製造技術的最佳實例。我們將持續與BAE團隊合作,共同探索全新解決方案,進一步擴大增材製造的應用場景。”

—Yann Rageul, Stratasys EMEA區製造解決方案部門總監

 

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超音速旅行飛機

沒有最好,只有更好,這是BoomSupersonic的宗旨,超音速旅行飛機,讓世界變得越來越小,這是Boom Supersonic的目標,為踐行其宗旨,為努力實現其目標,該公司從未停止腳步!

 3D列印

兩年前,Stratasys與總部位於科羅拉多州的BoomSupersonic公司建立了技術合作關系,預計將制造出歷史上最快的超音速客機。根據協議,Stratasys將用自己的FDM 3D打印技術來支持BoomSupersonic生產先進的模具和生產級飛機零件。此外,該公司采用Stratasys F900 Fortus系統為其客機制造飛行途中所需的部件,其中包括為XB-1制造部件,並計劃今年進行飛行測試,計劃明年升空。

3D列印

與BoomSupersonic的合作,是對Stratasys的一種肯定,整個團隊都盡心盡力為其提供解決方案和技術。比如,Stratasys為Boom提供了整套飛機內飾解決方案(Aircraft Interiors Solution,簡稱AIS),用於制造飛機內飾的附加組件。AIS旨在幫助航空公司取得資格,從而生產符合航空標準的部件。眾所周知,空中客車公司、通用電氣公司和波音公司都將在飛機上安裝大量3D打印部件,並且這些3D打印部件可以定制化按需按量生產。到目前為止,3D打印技術在客艙內飾領域取得了重大進展。

BoomSupersonic如何使用FDM 3D打印技術?

首先,Boom公司將FDM技術視為了一個潛在的解決方案,其會綜合考慮需求,時間成本和生產成本,然後決定是否使用該項技術。
 
其次,Boom公司花費了一些時間來適應這項技術,中間經歷過失敗,最終成功了。Boom公司找到了使用3D打印機的廣泛途徑,要求團隊更智慧地工作,並在工作中使用Stratasys F370或F450 3D打印機。
 
第三,他們將註意力集中在主要目標上——找到並專註於制造更好飛機的所有方法。


3D列印點陣結構賦能無人機發動機氣缸製造

3D列印技術能夠實現複雜的點陣結構,由於點陣結構的存在從而保持了廣泛的熱交換表面,可以獲得較高的散熱表面/體積比。

根據3D科學穀的市場觀察,在國際上已有增材製造換熱器製造商開發,正在進行點陣結構散熱系統的商業化,其中包括HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設計和製造、用於微型燃氣渦輪系統的並流換熱器,以及本文所提及的Conflux 新一代高效熱交換器。

本期, 3D科學穀將分享一個3D列印點陣散熱結構在無人機發動機氣缸製造中的應用案例,製造商實現了發動機熱交換性能的提升與更為輕量化的設計,此外,點陣式熱交換結構所需的列印後處理工作量顯著減少。
 

3D列印

▲《3D列印與換熱器及散熱器應用2.0》


無人機、摩托車發動機製造商Cobra Aero 是一家快速發展的企業,每年設計和製造約2,000台小型發動機。Cobra一直在發動機設計中探索面向增材製造的設計以及增材製造技術的應用,希望加快產品設計反覆運算,並探索實現發動機輕量化以及更節省製造材料的方法。

Cobra  在過去一年半的時間中與增材製造設備製造商雷尼紹(Renishaw)及增材製造軟體公司nTopology合作,開展了多個發動機增材製造研發專案。
 

3D列印

▲ 最左邊為集成點陣散熱結構的3D列印風冷氣缸,最右邊是一台A33N測試發動機,其頂部裝有3D列印風冷氣缸。

 

其中一項新的合作成果是A33N無人機發動機,這是一款帶有風冷式氣缸的發動機,其氣缸中集成了3D列印點陣結構。此前,Cobra 帶有翅片式式熱交換結構的氣缸產品已經商業化。與翅片式設計相比,帶3D列印點陣結構的氣缸是面向增材製造的新一代設計,與上一代產品相比,在以下兩個方面得到了優化:在熱交換性能,發動機緊湊性、輕量化方面得到了提升,這些提升將有助於延長無人機飛行時間;3D列印點陣結構所需的後處理工作量減少。

Cobra測試結果顯示,這款發動機散熱性能優於Cobra當前的主力翅片式設計。3D列印風冷氣缸採用nTopology軟體設計,製造設備為雷尼紹四雷射器設備RenAM 500Q。


3D列印

▲ 3D列印點陣結構比翅片式設計具有更好的冷卻效果

 

3D列印風冷氣缸得益于內部集成的點陣熱交換結構,該設計比翅片式散熱結構更有效,在每一個不同的轉速中需要的冷卻空氣比上一代設計更少,但仍可維持適當的發動機溫度。


3D列印

▲ 通過nTop Platform對發動機汽缸模型進行探索和評估

 

通過集成3D列印點陣結構,Cobra 可以為冷卻管提供一個較小的進氣口,從而使無人機的正面區域更小,在相同的冷卻量下,無人機受到的阻力減少。

此外,Cobra 發現3D列印點陣結構可以減輕氣缸重量。任何額外的重量都會給無人機有效載荷、飛行距離和性能帶來不利影響,冷卻管道上的壓力下降量與機身上的阻力大小直接相關, Cobra 的設計團隊需要找到一個能夠從氣缸中吸收足夠熱量的最佳位置,但是不會因此而在整個結構上增加大量阻力,在這種情況下,無人機可以更長,更有效地飛行。

此外,點陣結構是一種自支撐的結構,在3D列印的過程中不需要添加支撐結構。而上一代翅片式設計在列印時需要添加很多支撐結構,在列印完成後需要大量後處理工作,手動移除這些支撐結構。
 

文章轉載自3D科學谷
 

 

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3D列印“登陸”軌道交通

隨著228假期的結束,人們陸續開始返程工作所在城市。這其中,軌道交通可以說是搭載乘客人數最多的一種交通工具。

而在軌道交通行業,設備使用年限長是普遍現象,一般為30-40年,甚至更長時間。

 

 3D列印

要確保在幾十年的使用中,列車能夠正常運行並進行良好的維護就需要用到維修備件。每年,都有大量的人員從事著列車、軌道的養護工作,備件的庫存和採購也一向是個巨大的挑戰。

當所需的零部件停產、或是備件不足時,設備運營方就不得不重新製造零部件。

而如今,隨著增材製造不斷拓寬應用於更廣泛的領域,3D列印已成為軌道交通供應商的工業級工具。預計未來十年內,增材製造將成為引領軌道交通供應商運營必不可少的一部分,這項技術應當被更好地運用於提供備件保障、為維修運營製造工具和強化安全性及乘客體驗。

3D列印

當然,這並不是說3D印表機能夠代替所有零部件庫存,像是車頭或乘客車廂的很多零部件尚不能簡單地使用3D列印。但在過去幾十年間,3D列印技術已得到長足發展。

我們幾乎可以用3D列印一切,從金屬到滿足防火、防煙、防毒要求的聚合物,再到陶瓷和超材料。包含設備、服務供應商和設計工具在內的不斷發展的生態系統使得更多應用可以在技術上和經濟上實現3D列印。

01增材製造的最大亮點:

小批量、高效能、提供長週期零部件

通常來說,我們認為增材製造最大的亮點在於小批量、高效能和提供長週期零部件。3D列印能縮短生產週期,可避免傳統製造生產週期中的高投入,包括供應鏈、建模和安裝。

在成本方面:3D列印常常能夠省去傳統製造中的建模和安裝費用。固定成本的降低意味著可以更加經濟地實現小批量生產,下圖顯示了它得以實現的原因。

3D列印

此外,還有一個時間上的優勢:因為增材製造不需要安裝或建模,相較傳統製造耗費數周或數月,3D列印零部件僅需幾天時間便可完成生產週期。

02如何將其運用於軌道行業?

很顯然在軌道維修中使用3D列印存在一些機會點。基於Blueprint(一家專注3D列印的戰略諮詢公司)對增材製造定義的四類實用案例,這一技術可在以下幾方面為軌道行業帶去最大化價值: 

3D列印

 

橋件:對軌道行業而言,“養”一節未在使用的車廂成本非常高。在最近的一次調研中,Blueprint發現,養護一列單向通勤列車組的直接成本大概在2萬美元一天。當財政罰款不斷提升,是否有能力自主快速生產出備用零部件就顯得至關重要。在一個實際案例中,我們發現3D列印的一個單一零部件為我們的客戶節省了超過150萬美元,因為它在備件送到之前足足“頂”了16周。

小批量備件:眾所周知,在鐵道行業各項成本都很高。因為要使軌道列車能夠確保服務30年以上,備件的庫存就需要統一管理、維護,這些都很“燒錢”。這不僅限於30年的置存費用,像是維持庫存的費用、縮水和損耗,還有些不可避免的零部件缺貨。當庫存中的備件無法再使用,就不得不重新製造,不管是加工車間生產的一次性零部件還是為限量生產的重新建模,這些都相當昂貴且耗費大量的生產週期。而如果有了3D列印套件,你就可以自行製造大部分零部件,相比傳統採購的零部件生產週期更短、成本更低。

品質/流程優化:世界頂尖的製造商常使用多項工具來避免運營中的錯誤,以保持較高的直通率(測量生產品質的一個常見標準)和最低的返修率。這些工具包括鑽孔定位、校驗設備,以及為精確安裝而重新設計零部件等。儘管這種趨勢尚未在軌道行業內形成主流,但也不是說就沒有機會。使用一定的工具能使損失降到最低,操作指引和修正設備,像是貼花紙或定制鎖扣,能夠確保鎖定/掛簽程式更加安全穩定。

乘客體驗:無論是共用出行、摩托車、分時租賃汽車或是共用單車,現在我們日常通勤的方式比以往多了很多選擇。要使騎行者願意選擇公共交通而不是其他方式,通過車輛、網站和設備的良好維護為顧客提供相應的體驗還有很長的路要走。傳統供應商通常無法為設備維護提供必要的支援,使得設備運營方無奈在維修和捨棄不必要的表面零部件中做出選擇。而在很多案例中,3D列印為車輛維護所需的修理備件提供了靈活的選擇。

03未來又會怎樣? 

試想一下,未來你的列車組擁有一套數位化的備件庫存。

這些備件可由任何加工車間進行生產,生產週期可能只需幾小時或幾天而不是幾周或幾個月。

同時,庫存量也被降到最低,但卻始終能夠保持隨時夠用。

04如何開始?

確保備件隨時可用、更低的成本、更高的品質、更穩定的安全性。

這些聽起來都十分誘人,但培養增材製造能力卻並非一蹴而就。不妨從以下這些方面著手:

瞭解技術

在開始列印或計畫購買印表機之前,你應該瞭解增材製造有哪些能力,這項技術能做什麼,又有什麼材料可以使用。和增材製造行業的資深人士聊一聊,讓他/她為你帶來對工具、技術和進展的全面認識。

集思廣益

下一步,組建一個增材製造的特別小組,包括來自供應鏈、工程、維修、專案管理和營運的各方參與者。以工作坊的形式想一想哪些地方可以使用增材製造技術,接著與專家合作將這些想法變為現實。

發展工程能力

最後,要發展增材製造的工程能力。如果你本身就有工程和設計能力,那就必須要提升增材製造的設計能力。通常來說服務商或是諮詢公司可以説明你提供這項服務。或者找一個懂得增材製造設計的合作夥伴來處理你們公司的設計業務。

當然,這些都只探索了增材製造應用於零部件的“冰山一角”。要知道,這將會是一場馬拉松,而不是一次短跑。最重要的事就是行動起來,越早開始探索增材製造技術,就會越早感受到3D列印給軌道交通帶來的積極影響。是時候“上車”了!

 

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Stratasys在英國鐵路獲得認可

2019年6月28日在倫敦舉行的年度鐵路行業創新獎中,Angel Trains,DB ESG,Stratasys和Printing Portal剛剛在20個參賽作品中獲得第三名,獲得“高度推薦” 獎。

3D列印

這項合作建立在增材製造的基礎上,以解決陳舊零件的問題,減少整個生命週期的機車車輛成本,並使車輛在乘客服務中的停留時間更長。這種創新還具有降低火車運營公司成本的潛力,因為現在可以經濟高效地生產少量零件,而不是大量生產。

該小組已建立了一種流程,該流程能夠生產符合鐵路行業標準並適用於乘用車的零部件。該小組利用Stratasys的熔融沈積建模(FDM)增材製造技術,並且自從不到一年的合作開始以來就取得了一些成功。這些包括:

 

3D掃描和數字化80個傳統鐵路組件

成功地對兩種3D列印的FDM材料進行了防火測試,確保符合Rail Standard EN45545-2

重新設計和3D列印五個鐵路部件,所有部件均已完全認證可在使用中使用。 

從今年夏天開始,將與兩名操作員商定試用30種3D列印部件。這是英國鐵路行業首次對可投入生產的3D列印零件進行服務中的試驗。

合作夥伴還同意進行一系列研發工作,以進一步突破技術界限,並加快整個行業的採用速度。

 

合作夥伴的一些評論:

“這是3D列印領域令人興奮的未來的開始。AM提供了對供應鏈的更大控制,並有可能從根本上改變鐵路製造業。作為英國鐵路的最大投資商之一,我們繼續努力確保我們的創新技術推動行業發展並革新乘客體驗。我們正在與歐洲各地的運輸公司合作,以幫助推動這項技術的發展,並大力支持運營商和供應商在Angel Trains的資產上採用這項技術。” – Angel Trains產品管理主管Euan Smith

“到目前為止,這是一個令人興奮的項目。我們的職責是調查FDM零件的設計,生產和完成,驗證零件是否符合鐵路標準並檢查它們是否在運行環境中工作。我們還優化了FDM製造的組件設計。” – DB ESG機械工程主管Martin Stevens

 

鐵路行業創新獎成立於1998年,是業內歷史最悠久的獎項計劃。這些年度獎項由第四屆星期五俱樂部組織,旨在表彰市場上最聰明的想法。

我們堅信,這僅僅是開始-與我們的合作夥伴一起-我們將推動3D列印零件在整個鐵路領域的廣泛採用。

要全面瞭解3D列印對鐵路行業的影響,請訪問我們的製造頁面以獲取更多詳細資訊。

 

 

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3D列印 Feat. 英國鐵路

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如今,當談到3D列印和交通運輸,首先浮現在腦海裡的一定是火車、汽車和飛機。由於3D列印的無限可能性,一些汽車製造商以及航空航太領袖數年來一直在實踐中使用3D列印技術,同時,它也被廣泛地運用於世界各地的火車部件製造上。

近日,Stratasys與英國機車運營公司(ROSCO)Angel Trains,會同位於德比的工程諮詢公司DBESG以及火車運營商Chiltern Railways,就一起在英國的火車上試用3D列印零件。

 

創新解決鐵路行業問題

3D列印

Chiltern Railways火車上的3D列印零件


據悉,這是英國在役旅客列車中部署的首個3D列印組件,其中包括四個扶手和七個把手。它們已成功安裝在Chiltern Railways火車上並進行了試驗,目的是證明3D列印為鐵路行業帶來的好處,即加快了更換零件的採購過程。

3D列印

這次三方聯盟的目的是想要利用3D列印技術來解決整個英國鐵路行業中更換陳舊零件的問題。這些問題包括鐵路行業內的火車部件老化情況,據說其中一些零件已經超過30年。因此,在車輛維護和零件更換方面,火車操作員面臨一些挑戰。James Brown解釋說:“當前,火車運營商想要通過合理的價格在短時間內採購替換零部件變得日漸困難。問題在於傳統的製造方式出於性價比的考慮,僅大批量生產零部件,即使火車運營商只需要替換幾個損壞的零部件也是如此。此外,交貨時間還可能會長達幾個月。”

通過3D列印創建的火車部件特不僅展示了部件可以“加速”製造的速度,而且通過3D掃描和3D列印,還可以將它們重新創建並重新投入生產。由於非常舊的部件發生故障,火車公司必須能夠迅速更換它們,不管怎樣,維護硬體,並為乘坐火車的人提供盡可能最好的舒適度和客戶服務。

 

 

用更少的時間實現更多的可能

3D列印

Chiltern Railways火車上的3D列印扶手


目前如果使用傳統的製造方法,像扶手這樣的部件通常需要大約四個月的時間才能製造完成,但在使用Stratasys FDM 3D列印技術之後,可以在一周內製造相同的扶手,從而將交貨時間縮短了94%,還計畫節省了多達50%的部件成本。

對於英國鐵路業來說,這是一個令人振奮的時刻。通過這項技術,火車運營商可以更加迅速地更換損壞的部件。3D列印的替換部件可以按需生產並立即安裝,現在還可以實現小批量生產。Stratasys,DB ESG和Angel Trains三家公司現在計畫在Great Western Railway進行下一次試驗。在接下來的幾個月中,將3D列印的零件集成到一系列列車中。

在英國,已經成功證明了3D列印部件在火車中的可行性,對傳統鐵路行業供應鏈的影響可能具有變革性。3D列印技術讓我們見證真正的按需生產,一個沒有浪費的新時代!
 

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節約航空成本

世界那麽大,你我都想去看看,而飛機就可以把我們帶到地球上任何地方,可是你知道嗎?當機艙內的零部件損壞時,航空公司需花高昂費用去采購替換部件或者定制化部件,但是有了3D打印技術,分分鐘幫航空公司減少成本!

與傳統的減法制造截然不同,3D打印技術背後的理念十分簡單,即把纖維材料合並,制作出產品。那麽它對機艙有著什麽樣的作用呢?接下來,我們通過拆分機艙座位向大家展示。

3D打印是一項強大的技術,當與兼容的材料搭配使用時,它可以制造出堅固耐用的產品,可按需當地打印,節約成本,並可在短期內使用。例如,更換裝飾,專門設計的貯藏室,甚至是座椅的外殼。

按需打印的操作十分簡單,只需將電子圖案發送至打印機,然後按下“開啟”按鈕,即可按需打印。因此,如果要為機艙制作3D打印支架,理論上,你可以利用Stratasys進行設計,然後把它發送至打印機,打印出來,然後把它部署到機艙進行安裝。不僅如此,有了3D打印技術,可以在當地生產零部件,而非通過船運等運輸至目的地,這樣就可以縮短交貨周期,節約運輸成本。

通過3D打印技術,可以生產出適用於機艙的規格的部件,即定制化部件。東方航空就是一個很好的例子,它在三天內就打印完成一批正確的座位標牌,替換原來的。同時,東方航空利用3D打印技術設計和生產定制化的電子飛行包支架。

此外,東方航空按需生產3D打印的雜志架更換損壞的雜志架,縮短交貨時間。

Stratasys 3D打印技術在航天航空領域大展身手,給航空公司帶了諸多便利。

 

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Jamco攜手MakerBot

隨著3D列印工藝、材料等關鍵技術的不斷突破,3D 列印在很多領域的應用前景日益凸顯,尤其是在航空航太領域,3D列印正在受到世界各國的高度重視。

有研究報告顯示,近年來,3D列印產品在航空航太領域的應用占比約19%,以1%的差別略低於榜首的工業機械。很多飛機製造商已率先步入3D列印時代,將3D列印技術應用於飛機零部件製造中。這與3D列印在小批量定制化生產中的絕對優勢脫不開關係,而Jamco利用3D列印技術改善商用飛機客艙設計則是MakerBot在航太航空領域的典型案例之一。

3D列印

關於Jamco America

Jamco America是飛機製造商波音和空客的供應商,是一家飛機內飾公司,總部位於華盛頓州的埃弗里特市,致力於為商業航空航太客戶(如空客和波音)設計和製造高級座椅和許多其他座艙傢俱等產品。該公司還直接與航空公司展開合作,進行改裝以改造其現有飛機。Jamco America是總部位於東京的Jamco最大的子公司,由數個小型產品開發團隊組成,其工程師專門研究不同的產品線。

3D列印

Jamco America在為商業航空航太公司(如波音和空客)設計商務艙時,採用Method系列3D印表機簡化工作流程。

與MakerBot的合作緣起

作為世界頂級飛機製造商的供應商,Jamco America面臨著極不尋常的挑戰。極短的工期,以及對產品創新研發更高的期望。作為子公司,Jamco America可以使用位於東京總部的工業級3D印表機,但零件的交貨時間長達一個月。如果選擇本地列印服務,也要最少幾個星期的時間,而且每個零件的成本高達數百美元。為了節省時間,Jamco America花費數千美元,購置了一台入門級3D印表機,但是“無法在性能和成本之間取得平衡,”產品研發經理John Cornell說。“機器一直在出問題並生產出不符合我們要求的零件。”

3D列印

John和他由八名工程師組成研發團隊準備著手購買工業3D印表機。“本來我得去看一台昂貴的印表機,不過我說服了管理層看一個較低的價位,這樣可以同時進行多台印表機的列印工作。”在比較15台印表機之後,他們選擇了MakerBot Method。 “Method幫助我們改進了工藝,非常快速地實現了快速原型設計和反覆運算。” 迴圈加熱腔室和PVA水溶性支撐材料有機結合,可以同時實現工業級的尺寸精度和高度複雜幾何形狀。

3D列印

應用3D列印技術提升效率

經過簡單的隨插即用設置之後,Jamco立即開始3D列印各種功能模型。他們最近使用MakerBot的可溶支撐材料來生產用於飛機隱私門的雙閂鎖系統。“有些需要懸空的複雜零件,例如閂鎖,需要一些犧牲材料。”該公司還在測試飛機機組人員的人機工程學原理,並通過快速原型設計進行測試和反覆運算,同時展示了該零件的功能和空間可用性或人機工程學原理。他們能夠列印48英寸長的零件,將其分拆列印並粘合在一起,其成本遠低於外包替代品。

3D列印

使用MakerBot METHOD的優勢主要體現在:

●3D列印使Jamco America能夠設計和列印複雜的飛機內飾,達到較高幾何自由度和尺寸精度。

內部3D列印使得公司節省了原型設計流程的時間,在此之前若外包,每個零件要花費數周的周轉時間。

在2019年投資購置MakerBot METHOD後就大大改善了工作流程,使原型開發成本減少96%,周轉時間減少95%。

3D列印

3D列印

JAMCO AMERICA的客戶從小型個體公司到大型航空公司例如波音公司、Northrop Grumman公司、洛克希德馬丁航太公司等。主要提供飛機的裝配業務,自從引入MakerBot METHOD 3D印表機用於生產後,公司的裝配業務經濟而且用時較短,能夠將複雜的飛機零件更快地推向市場,所以備受各家航空公司歡迎。在民航領域,又因其能提供更安全、更舒適、更快捷、更先進的飛機而廣受旅客好評。

關於MakerBot

MakerBot

MakerBot,作為Stratasys Ltd.(納斯達克:SSYS)旗下公司,是桌面3D列印領域的全球領導者。MakerBot致力於幫助成就今天的創新者和創造未來的企業和學習機構。自2009年成立于紐約布魯克林以來,MakerBot致力於重新定義3D列印的可靠性、可及性、精確性和易用性標準。基於上述不懈努力,公司贏得了行業內最大的客戶群,目前已售出超過10萬台桌面3D印表機。MakerBot同樣也運營著全球最大的3D設計師交流社區Thingiverse。我們相信每個人心中都有一個創作者,所以我們希望通過3D列印工具支持每個人追求創作夢想。通過MakerBot3D列印技術探索創新。

 

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MAKERBOT METHOD

 

MAKERBOT METHOD X

 


航空發動機維修案例

 

本文將以渦輪排氣溫度熱電偶( EGTTHERMAL COUPLE )作為實例,帶您一起探究在航空發動機維修領域,工程師如何利用3D列印技術來實現對零部件的有效保護,以及使用3D列印技術是否比傳統開模更具優勢?

 

工業皇冠的明珠——航空發動機

 

航空發動機被譽為工業皇冠上的明珠,是一個國家工業實力的集中體現。航發是典型的資金密集型和技術密集型產業,門檻相當高,具有獨立研製先進航發的國家更是很少,主要由美英德法國家控制著整個航空發動機的設計、生產、製造、維修。

 

航空發動機為飛機提供,是關係到飛行安全的關鍵部件。與其他生產或維修行業相比,航空發動機維修行業具有極高的資本要求和行業技術壁壘——維修流程及要求複雜,維修費用昂貴,維修時間要求嚴格等。

 

3D列印

航空發動機的維修與保護

 

在發動機大修過程中,發動機被打散到子部件做深度維護,每一個零部件都要經歷清洗、目視檢查、詳細尺寸檢查、無損檢測、集件、組裝、測試等流程,最終交付給航空公司。飛機可再次翱翔于藍天,搭載乘客安全到達目的地。

 

發動機零部件在操作過程中或運輸轉運、保存過程中,雖有極小概率被磕碰,但就MRO而言,這小小的失誤卻可造成高達上百萬美金的損失。為此工程師利用全球領先技術,使用3D印表機量身定制保護套,在發動機運輸、轉運、儲存、組裝期間,確保零部件始終有安全可靠的保護,為發動機維修提供高品質的後期保障。

追蹤發動機性能的眼睛
渦輪排氣溫度熱電偶

 

 

 

 

渦輪排氣溫度熱電偶(EGT THERMALCOUPLE, 以下簡稱熱電偶)的主要作用是用來測量渦輪排氣溫度,而發動機的渦輪排氣溫度直接影響著發動機的性能追蹤,可以說是工程師用來跟蹤性能趨勢的一雙眼睛。

 

熱電偶通過導線連接於發動機的大腦全權數位控制器上( FADEC , Full Authority Digital Engine Control ),導線連接與熱電偶處由特殊材料製成,在維修過程中,非常容易發生人為損壞,造成無法維修,給客戶和公司造成損失。

 

 3D列印

借助3D列印技術保護零部件

 

Ultimaker 3D 列印機具有高精度、快速、靈活、材料環保等特點,工程師利用逆向技術,先設計熱電偶的外形尺寸,再設計針對熱電偶外形的保護套。由於保護套要求具有一定的彈性、韌性以及強度,所以選擇Ultimaker TPU 95A 材料作為研發保護套的材料。其功能在於可以有效保護熱電偶的導線接合處,避免在外力或不可控的因素下,造成熱電偶的損壞。

 

工程師利用 3D 列印技術,可快速將設計的想法實踐出來,經過幾次改進後,就可小批量做出一些定制化的保護套,有效對熱電偶進行24小時保護。區別于傳統開模方式,3D 列印具有快速回應、快速解決問題的特點,並在價格方面具有極高的性價比。

 

 3D列印

具體是如何操作的呢?

工程師利用三維設計軟體,快速設計出基本符合零件的模型圖後,將資料導入 3D 印表機,3D 列印利用 Ultimaker Cura 軟體特性,設置填充比(例如10%),不僅列印速度快,還可以節約一部分列印材料的成本。待樣品快速列印完成後,試裝是否合適,如果不合適,就重複設計-列印過程,整個流程下來,從發現問題到解決問題,通常是在2-3天即可有合適的解決方案。這樣的優勢,比傳統利用模具更快切更節省開支。待完全定型後,即可小批量列印。如果列印數量在幾百甚至上千,則開模且更有經濟性,但開模的缺點在於一旦尺寸有偏差,做出來的樣品不能用,需要再次尺寸核算後重新開模。

 

 3D列印

TPU 95A 具有較高的流動性,區別於PLA材料,TPU 95A 材料列印出來的效果雖不如PLA優秀,但是作為一款實用性材料,列印效果也是可圈可點。

 

Ultimaker TPU 95A 材料相比其他 Ultimaker 原廠材料來說,具有列印平臺溫度低、無揮發性氣味、列印材料柔軟的特性,這種材料特別適合做定制化航空發動機小批量保護套的生產。TPU 95A 材料列印過程中,每層走線細密,列印完成的產品,外觀較精美,材料柔韌性強,每層列印材料接合完整。經過一段時間的摸索,基本是可以列印出來比較完美的保護套,即材料無斷線,層間粘結緊密,不易發生損壞,使用效率高……

 

在航空發動機維修中,各種保護套需求巨大,利用 3D 列印技術,不僅可以快速列印實現對零部件的保護,從公司發展長遠投資來看,利用 3D 列印會比傳統開模更具有性價比、靈活性和創新性。

 

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3D印表機艙部件設立國際標準

國際工程標準協會(SAE International)發佈了首個用於航空航太領域的增材製造聚合物規範。特別的是,該檔涉及熔融燈絲製造(FFF)的工藝和材料。它們是應航空公司的要求開發的,這些航空公司正在尋求將3D列印應用於塑膠機艙部件的生產,如顯示器外殼、間隔面板和扶手。這些締約方和尋求滿足航空航太要求的供應商採用的規範,將有助於鼓勵採用3D列印。

AMS-AM增材製造非金屬(AMS-AM- p)委員會是專門為其設立的。美國國家航空研究所(NIAR)技術開發與項目主任兼AMS-AM- p主席保羅·約拿斯(Paul Jonas)表示:“增材製造使用者和生產商都將從執行AMS-AM標準中受益。”

3D列印

與Strata Manufacturing和Siemens合作,阿提哈德航空公司(Etihad Airways)在2017年將3D列印電視包在座椅靠背上。

 

標準化對於在製造業中採用3D列印至關重要,特別是在受到嚴格控制的航空航太行業。為了回應這一要求,SAE國際公司已經發佈了大量與金屬在航空航太中的應用有關的材料,包括鐳射粉末床熔合(LPBF)標準。該組織還與Norsk Titanium等航空航太供應商合作,為新興的增材製造技術制定了規範。到目前為止,AMS-AM發展委員會已經發佈了9種金屬3D列印的規格,並計畫在未來推出更多。

 

新的AMS-AM-P聚合物規範編號並命名為:

AMS7100:熔絲製造工藝

AMS7101:熔絲製造材料

前者規定了使用Stratasys商標FDM技術和其他材料擠壓工藝重複生產零件的關鍵控制和要求。使用者可以使用文檔來批准新的機器流程和材料,以及驗證適當的配置和測試方法。後一個規範AMS7101概述了材料製造商的技術資訊、生產指南和檔要求。

3D列印

使用Stratasys的3D列印部件製作的飛機艙室模型

 

SAE航空航太標準專案主任David Alexander補充說:

“繼SAE AMS- am金屬材料委員會的成功和勢頭之後,AMS- am - p委員會的迅速努力幫助將這些開創性的、航空級AMS規範帶給全球利益相關者。”
 

在其標準制定過程中,SAE國際與特定行業的監管機構合作,如美國聯邦航空管理局(FAA)、製造商、供應商和最終用戶,包括與其他技術標準組織ASTM國際合作。在2018年,美國材料試驗協會(ASTM)宣佈其制定了粉末床熔合(PBF)技術使用的標準實踐大綱,並從此建立了關注標準的增材製造卓越中心專案的成員。

 


龐巴迪運輸

近日,Stratasys榮幸地宣布,德國制造商龐巴迪運輸將采用Stratasys F900大型工業級3D打印機,生產火車零部件和原型。

手中持有3D打印通氣管的龐巴迪亨尼西斯多夫車輛物理集成主管 Bombardier與Stratasys戰略大客戶經理Dominik Mueller

 

龐巴迪與Stratasys F900 3D打印機

作為龐巴迪運輸的全球最大制造基地,德國亨尼西斯多夫采用Stratasys F900 3D打印機生產鐵路和火車內外部零件,減少昂貴的備用件庫存,提高零件和工具的生產靈活程度。龐巴迪還將3D打印定制化鐵路工具,優化生產流程,加速新平台投入使用。

 

龐巴迪亨尼西斯多夫車輛物理集成主管André Bialoscek說道:

 

“以前,我們使用纖維玻璃和錫來生產火車零部件,而現在則使用ULTEM™ 9085 Resin材料,這不但滿足應用標準,還能進一步降低成本,縮短交付周期。同時,使用Stratasys F900 3D打印機,我們可以大幅度拓寬服務範圍,3D打印大型備用件,定制鐵路零件和制造工具,並且這些可以在公司內部完成,按需定制。”
 

為什麽是Stratasys F900 3D打印機

龐巴迪選擇F900 3D打印機的一個最重要原因,是它具有較大的構建托盤,此外,ULTEM™ 9085 Resin材料具有出色的強度重量比、煙火毒等級,非常適合生產應用場景,是交通行業客戶的普遍選擇,並且滿足EN45545-2鐵路標準的相關規定。

 

Stratasys歐洲、中東和非洲區總裁Andreas Langfeld說道:

 

“Stratasys基於FDM增材制造的3D打印技術,為鐵路企業和維修服務供應商提供了先進的、獲得鐵路認證的材料,且大型構建托盤可以制造大型鐵路零件,更重要的是,打印可靠性和可重覆性居於行業前列。我們期待與龐巴迪運輸進一步緊密合作,將這項技術推廣到各個生產地點,幫助龐巴迪根據需求生產定制化鐵路零件,實現前所未有的高效率和成本效益。”

 

Stratasys和龐巴迪運輸的合作將越來越緊密,除此之外,Stratasys在交通領域還有更多應用案例。

 

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