Aurora

Stratsys nawiązuje współpracę z Aurora Flight Sciences, w ramach projektu i rozwoju pierwszego na świecie odrzutowca wyprodukowanego z użyciem drukarki 3D

„Stworzyliśmy ten projekt, aby zademonstrować firmom z sektora lotniczego, jak szybko można przejść od projektu do oblatania odrzutowca, zbudowanego z użyciem drukarki 3D”.

Dan Campbell /  Aurora Flight Sciences

Firma Aurora Flight Sciences z Manassas w stanie Virginia, od niespełna trzydziestu lat produkuje bezzałogowe statki powietrzne (UAV) do zastosowań cywilnych i wojskowych. Jednak rosnące potrzeby i wymagania klientów sprawiają, że jej centrum badawczo-rozwojowe coraz częściej korzysta z technologii druku 3D firmy Stratasys do wytwarzania części i osprzętu, które pozwalają wprowadzać kolejne innowacje w dziedzinie lotów bezzałogowych.

Niedawno inżynierowie firm Aurora i Stratasys rozpoczęli ambitny projekt mający na celu skonstruowanie zdalnie sterowanego odrzutowca w układzie “Blended Wing Body” z ciągiem wektorowanym.

„Nikt wcześniej nie próbował osiągnąć czegoś takiego”, twierdzi James Berlin, inżynier ds. produkcji przyrostowej firmy Stratasys. „Dla nas oznacza to krok w nieznane. Chcieliśmy zbadać granice możliwości materiałów oraz procesów przyrostowych”.

Zastosowanie silnika odrzutowego o ciągu 98 N oraz ciągiem wektorowanym, doprowadziło do rozwoju możliwości z powodu jego wysokiej prędkości oraz związanej z nią zwrotności.

„Wciąż istnieje przekonanie, że drukowanie 3D to technologia do tworzenia prototypów”, mówi Berlin. „Ale to nie jest model do postawienia na biurku, który popsuje się po dotknięciu – to odrzutowiec, który rozwija prędkość 240 km/h”.

SWOBODA PROJEKTOWANIA INNOWACJI W LOTNICTWIE

Nieodłączną zaletą technologii druku 3D Stratasys jest możliwość projektowania, która wykracza poza geometrię powierzchni. Choć projektowanie konstrukcji wewnętrznych charakteryzuje się dziś dużo większą dozą swobody, w przypadku inicjowania konstrukcji technicznych dla lotnictwa może się to okazać dużo bardziej skomplikowane. Dzięki współpracy ze Stratasys, firma Aurora mogła skorzystać z optymalizacji topologii – jest to metoda, która odtwarza złożone struktury, występujące w naturze w oparciu o zasady fizyki oraz pokazuje, gdzie materiał wewnętrzny jest niepotrzebny, aby zoptymalizować konstrukcję pod kątem danego zastosowania.

Dzięki technologii produkcji przyrostowej Stratasys, zespół firmy Aurora mógł zoptymalizować projekt, by uzyskać sztywną, lekką konstrukcję oraz niedrogim kosztem opracować niestandardowy statek powietrzny do zadań specjalnych.

Ponadto możliwość połączenia wielu zespołów w jeden element sprawia, że nawet skomplikowane projekty stają się prostsze i nabierają estetycznych kształtów. Przykładami w przypadku tej konstrukcji są przewody wydrukowane na zewnątrz i wewnątrz zbiornika paliwa, mocowania instalowane na filtrze paliwa oraz pompie paliwowej, a także niewielkie zaciski mocowane do przewodów paliwowych.

Inżynierowie mogli z dużą swobodą określić środek ciężkości – kluczowy parametr w przypadku płatowców w układzie “Blended Wing Body”.

Dan Campbell, inżynier badawczy Aurora Flight Sciences, mówi: „Wszelkie zmiany w projekcie powodują problemy ze środkiem ciężkości. Jednak w procesie przyrostowym możemy z łatwością kontrolować rozlokowanie materiału, dlatego poszczególne iteracje projektu miały bardzo niewielki wpływ na pozostałe elementy konstrukcji”.

Czas drukowania statku powietrznego został zredukowany o połowę, dzięki technologii produkcji przyrostowej. Termin realizacji uległ znacznemu skróceniu dzięki wyeliminowaniu obróbki narzędziowej.

Główny zespół, składający się z sześciu inżynierów, koordynował projekt, korzystając z oprogramowania GrabCAD – rozwiązania firmy Stratasys ułatwiającego współpracę poprzez zarządzanie, wyświetlanie i udostępnianie plików CAD. Dzięki temu obie firmy, choć oddalone od siebie, zaprojektowały i wyprodukowały pojazd w bardzo krótkim czasie. Oprogramowanie to działa prawie jak portal społecznościowy i pozwala śledzić wersje oraz przesyłać wiadomości, a także przechowuje robocze dokumenty techniczne, takie jak np. zestawienie materiałów.

DRUK 3D CZĘŚCI GOTOWYCH DO LOTU

Główne części statku powietrznego to:

• Dwa winglety
• Dwie sekcje skrzydeł
• Kadłub
• Moduł ładunkowy
• Zbiornik paliwa
• Mechanizm wektorowania ciągu

Statek powietrzny ma rozpiętość skrzydeł 2,9 m, zaś cały płatowiec waży zaledwie 6,4 kg. Składa się z 34 elementów, spośród których 26 powstało z użyciem drukarki 3D oraz stanowi około 80% masy całego płatowca.

Skrzydła oraz kadłub zostały wyprodukowane na drukarkach 3D serii Fortus firmy Stratasys, z tworzywa termoplastycznego ASA, które nadaje im niezbędną wytrzymałość, sztywność oraz niską gęstość.

Zespół skorzystał również z usług Stratasys Direct Manufacturing – kompleksowego centrum produkcyjnego, które oferuje wiele różnych technologii produkcji przyrostowej oraz praktycznie każdy obecnie dostępny materiał. Zbiornik paliwa został wyprodukowany z nylonu metodą spiekania laserowego (SLS), natomiast osłona kanału wylotowego została wydrukowana z tworzywa termoplastycznego ULTEM 1010, zaś kanał wektorowania ciągu powstał z materiału INCONEL 718 z użyciem bezpośredniego przetapiania laserowego metali (DMLS), z uwagi na wysokie temperatury wylotowe, sięgające nawet 700°C.

GOTOWY DO STARTU

Członkowie zespołu nie mieli żadnych wątpliwości, gdy wyjechali na równinę solną w celu przetestowania konstrukcji, lecz nie byli gotowi na emocje, których tam zaznali. Nerwy pojawiły się, gdy dojechali na miejsce, podczas końcowego montażu zespołów. Lecz w momencie startu wydrukowanego odrzutowca pojawiły się zupełnie inne odczucia.

„Latanie do dziś nie traci swojej magii, gdyż podczas pierwszego startu zawsze ktoś powie: «nie mogę uwierzyć, że się udało”, uważa Dan Campbell. „To była cudowna chwila. Jestem wielkim miłośnikiem silników odrzutowych, a zobaczenie prawdziwego odrzutowca z drukarki 3D w locie to niesamowite uczucie”.

Technologie druku 3D firmy Stratasys stosowane są coraz częściej do produkcji części i osprzętu oraz pomogą w kształtowaniu lotnictwa załogowego i bezzałogowego do celów cywilnych oraz wojskowych – od konstrukcji trzeciego i drugiego stopnia, aż po konstrukcje podstawowe.

„Stworzyliśmy ten projekt, aby zademonstrować firmom z sektora lotniczego, jak szybko można przejść od projektu do oblatania odrzutowca zbudowanego z użyciem drukarki 3D”, mówi Dan Campbell. „Zobaczenie go w locie to niezwykłe przeżycie”.