用于自主水下航行器的3D打印船体整流罩

复合材料3D打印通常用于制造工具和原型,但Dive Technologies和Moi Composites等公司已经证明,增材制造(AM)可以帮助解决海洋行业短期和一次性最终使用部件生产的挑战。一个例子是Dive公司的3d打印自主水下航行器(如图)。图片来源:Dive Technologies

快速构建不同迭代的部件的能力——无需开发或购买昂贵的专用工具——是增材制造(AM)在部件原型设计中经常使用的原因。然而,随着材料和印刷技术的不断改进,越来越多的公司能够将AM的速度和多功能性扩展到最终使用的部件,特别是在短期或一次性应用中,快速生产新设计的能力是一项资产。

最近,两家公司已经证明,复合材料AM技术可以为定制大型海洋结构提供解决方案,如自动水下航行器(AUV)和摩托艇。

用于定制AUV生产的大格式3D打印

自主水下航行器是一种无人驾驶的机器人,可以在水下航行,无需与船只进行物理连接,也无需人类操作人员进行远程控制,通常配备摄像机或传感器,用于国防、海洋研究或海上调查应用。通常情况下,水下航行器的外壳体要么由一个大型金属压力容器组成,要么由热成型塑料或复合材料制成。然而,这两种选择都需要开发和购买专用工具,这可能是昂贵的,并限制了可容纳AUV客户的定制数量。AUV制造商潜水技术(昆西,质量。复合材料3D打印技术已经解决了传统制造技术的许多局限性。

2018年,Dive Technologies联合创始人Bill Lebo、Jerry Sgobbo和Sam Russo决定成立自己的公司,设计并发射一种新的、更强大的AUV,以满足客户对长续航和大载荷能力的需求。

自主水下航行器整流罩的增材制造

每一种填充纤维的ABS整流罩都是使用Additive Engineering Solutions公司的BAAM打印机添加制造的。图片来源:AES

他们和他们的团队开发的是DIVE-LD,这是一个19英尺长,4英尺直径的商用AUV,能够潜水6000米,飞行500英里,携带1立方米的有效载荷。最初,研究小组假设它的最终结构将使用热成型塑料外壳。为了探索和测试设计,Dive Technologies采访了橡树岭国家实验室(ORNL,橡树岭,田纳西州)3D打印技术在快速成型中的应用。通过ORNL, Dive团队被介绍给了大尺寸增材制造(LFAM)专家添加剂工程解决方案(美国俄亥俄州阿克伦市AES公司),并开始与AES团队合作,为其AUV船体形式的制造工艺。

然而,在3d打印原型的工作过程中,Dive Technologies意识到LFAM快速生产的潜力完成了组件,而不仅仅是原型。3d打印的原型组件不仅比预期更好地满足了零件要求,而且在生产车辆中采用AM也将节省模具成本,使Dive比使用传统方法更快地生产最终产品,并为客户提供一个新的、更高水平的快速定制。

用于自主水下航行器的3D打印船体整流罩

Dive Technologies的deep - ld自主水下机器人的外部由9个3d打印的复合整流罩制造而成,这些整流罩经过机械组装和涂层。图片来源:Dive Technologies

潜水- ld的外壳由9个管状整流罩组成,这些整流罩使用了AES的4个之一辛辛那提。(美国俄亥俄州辛辛那提大面积增材制造(BAAM) 3D打印机。这些整流罩是由短切纤维填充的ABS打印沙特基础工业公司(利雅得,沙特阿拉伯)。据AES的联合创始人兼副总裁安德鲁·巴德说,AES可以在不到两天的时间内打印出完整船体的所有部件。3d打印的整流罩一旦交付Dive,每个整流罩使用四个紧固件进行机械紧固,并涂上涂层,形成光滑的流体动力表面。在2020年的初步测试成功后,Dive将在今年春天建造第一辆客户车辆,并将在2021年6月交付第一份订单。

据Russo称,AM已经成为Dive Technologies未来汽车和产品价值定位的核心部分。与Dive的合作也是AES和复合3D打印的一大步。Bader补充道:“通常当人们想到3D打印时,他们会想到原型、夹具和工具,所以这表明3D打印还能做什么。”

要了解更多关于潜水技术和AES的信息,请阅读“大尺寸3D打印实现了水下机器人无需工具的快速生产。”

用于多用途摩托艇设计的连续纤维AM和自动化

由于专利的连续纤维制造(CFM)工艺在2015年,莫伊复合材料(意大利米兰)已经探索了基于沉积的连续纤维3D打印CFM技术的一系列应用。CFM的特点包括Moi Composites的定制设计软件、机械臂的使用、UV固化和“混合”制造——在3d打印结构核心上更传统的复合材料层压。最近,该公司通过一艘名为MAMBO的演示摩托艇,展示了CFM技术作为一种更经济、更快、更创新的海洋结构设计解决方案。

Moi Composites 3D打印技术

Moi Composites的CFM技术采用机器人技术、连续纤维和UV固化技术,用于高强度3d打印复合材料。图片来源:Moi Composites

据Moi Composites联合创始人Gabriele Natale称,他和同事Michele Tonizzo参加了2017年的热那亚船展,并意识到许多船体使用的加工成本和传统玻璃纤维注入工艺限制了船设计师探索新的和更复杂的设计的能力。Natale表示,他们认识到无模连续纤维3D打印技术可能是一个可行的解决方案,“从那时起,我们开始制定计划,并开始与海洋行业的合作伙伴会面。”

MAMBO船长6.5米,宽2.5米,干重约800公斤,配备了导航系统、软木地板、白色真皮座椅和115马力发动机。Moi Composites与海洋设计工程工作室合作MICAD(莱切,意大利)的结构设计概念,结合有机形状的结构元素,其灵感来自桑尼·列维著名的Arcidiavolo双体船。欧特克(美国加州圣拉斐尔)采用融合360 CAD和NETFABB增材制造软件进行元件设计和流体动力学分析。

船壳和甲板,由单向e -玻璃打印欧文斯科宁(美国俄亥俄州托莱多市)和乙烯基酯树脂,被设计成50个不同大小的单独部分。一半的零件是在Moi复合材料的米兰工厂打印的,另一半是在欧特克位于英国伯明翰的先进制造工厂(ACF)打印的。Moi复合材料的CFM 3D打印技术和双打印技术库卡(德国奥格斯堡)两个工厂都使用了机器人。据Autodesk增层制造团队的研究经理Dominique Müller表示,Autodesk技术中心的CFM系统可以快速打印船只,还能让Autodesk更好地了解Moi使用Autodesk软件远程驾驶的技术。所有组件的总打印时间约为两个月。

组装玻璃纤维3D打印摩托艇船体件

MAMBO的50个独立组件在Catmarine船厂组装和绑定。图片来源:Moi Composites

打印出来的零件被运到意大利Miggiano的Catmarine船厂,在那里它们被拼接在一起并被粘接起来。在类似于Moi对假肢和其他部件使用的混合制造过程中,整个船体通过手工层合,外加以PVC泡沫为核心的玻璃纤维/聚酯层,Natale说,随着结构的厚度变化.在船体和甲板完全组装、砂磨和凝胶涂层后,Moi Composites的合作伙伴为该船配备了推进、导航和其他系统,以完成该船。

最初的海上试验和稳定性测试在2020年秋季进行,MAMBO达到26节;Moi Composites计划在2021年夏季继续进行海上试验,以获得该船的认证。

Moi Composites 3D打印技术

这艘6.5米长的MAMBO演示船由单向玻璃纤维打印而成,顶部还手工添加了一层玻璃纤维层,以保持结构的连续性。图片来源:Moi Composites

“增材制造、数字化和自动化可以加速新概念和未来项目的产生,因为对于每一艘船,你都需要创建一个新的模具。使用这项技术,您可以轻松修改您的3D模型,并再次打印它。这是完美的,特别是短期或一次性船,”纳塔莱说。

想了解更多关于MAMBO的信息,请阅读“MAMBO测试了3D打印大型海洋结构的水域.”

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