Nextech 如何透過 3D 列印因應定製無人機有效載荷

自然災害、軍事入侵、沉船和飛機墜毀等這些事件的影像引起了全世界的關注，這些畫面可能都是由一種相對較新的技術—無人機或無人駕駛飛行器 (UAV) 所拍攝的。隨著無人機技術的進步，製造商不斷挑戰這些機器的飛行距離、速度和重量的極限。

Nextech是一家位於南非的無人機製造商，使用 Formlabs選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印機為其各行各業的客戶製造高性能定製無人機。SLS 零件堅固耐用的終端使用品質使 Nextech 能夠透過一個簡化的工作流程進行設計、原型製作和製造。

機械設計工程師 Liam Kroone 向我們介紹了他們混合工作流程的優勢，以及內部 SLS 3D 列印如何幫助他們在競爭激烈的行業中佔據一席之地。Kroone 說「3D 列印工作流程使我們能夠以更快的速度解決獨特的客戶需求、開發新產品和改進設計。」

在本文中，您將了解 Nextech 如何使用 SLS 3D 列印來：

用單台 Fuse 1+ 30W 取代數百萬美元的 CNC 加工。
使用 3D 列印模具製作碳纖維無人機翼尖。
結合機械加工、碳纖維和 SLS 3D 列印以獲得最佳重量和強度。

無人機挑戰

無人機已經使用了數十年，主要用於軍事組織的監視和戰術任務。對於農業、野生動物管理或氣候科學等行業，無人機的廣泛使用受到高成本的限制。每個客戶都有特定的要求—這些可能包括預期的氣溫和天氣條件、相機或其他有效負荷的類型，或者燃料源和最終目標範圍之間的距離。大多數無人機型號的組件都採用批量生產的物件，但不同的細節不可避免地會導致一定程度的定製。

▲無人機最重的部分通常是電池盒，因此 Nextech 使用 3D 列印來優化其他物件的重量，使無人機能夠在不犧牲強度或有效負荷的情況下飛得更遠。

傳統的製造技術使定製變得困難—製作模具、機加工或水刀和雷射切割方法非常昂貴，尤其是對於所需的複雜幾何形狀。3D 列印為無人機製造商打開了製造複雜幾何形狀和定製產品的大門，但要找到合適的技術和材料限制了它的適應性。Fuse 1+ 30W SLS 工作流程使 Nextech 能夠快速製作原型，根據客戶反饋提高迭代能力，並以經濟實惠的方式批量生產定制組件。

在內部引入 SLS

在將 Fuse 1+ 30W SLS 列印機添加到其製造能力之前，Nextech 在原型製作階段外包了 3D 列印或加工組件。Kroone 說：「我們在當地大學的大型工業 EOS 機器上列印了一批小型 3D 列印組件，但需要數週時間才能將它們取回。」

將列印機引入內部加快了他們的開發行程，使團隊能夠更緊密地與客戶合作。「你正在為客戶執行獨特的項目，所以你需要快速製作原型，但對於錯綜複雜的零件，具有高質量的表面處理，」Kroone 補充說，「我們將添加支架並測試強度、感覺、和重量，或添加墊圈以提供更多絕緣並測試適合性和可用性，以確保我們發送給客戶的最終解決方案是高質量的。」

外包零件時，無法保持這種迭代節奏。等待數天或數週的迭代工作使他們更接近截止日期，並限制了可能的功能測試量。Kroone 說：「當你擁有自己的內部列印機時，你可以真正提高產量並優化材料的使用。我們可以生產我們的塑料零件，而無需生產非常昂貴且需要很長時間的注塑模具。」


▲定製設計的甲烷傳感器列印在 Fuse 1+ 30W SLS 3D 列印機上，採用尼龍 12 粉末。內部生產降低了設計和製造成本。	▲同樣，這款定制設計的電池充電器使用尼龍 12 粉末在 Fuse 1+ 30W 上列印。透過內部生產，Nextech 對客戶的設計要求變得更加敏捷和敏感。

互補技術的複雜零件

客戶的獨特有效負載，例如用於農業、環境或野生動物調查的不同類型的相機或傳感器，需要定制的支架將它們固定到無人機的框架上。這些支架因每個項目而異，有時將有效載荷放在離燃料源更遠的地方，燃料源會在長距離內升溫，或者以不同的角度固定它。為了設計和製造這些需要堅固耐用的支架，Nextech 使用了 SLS 3D 列印、複合材料和機械加工的組合。他們的優勢在於優化技術作為補充，而不是替代。

「傳統加工和 SLS 3D 列印的結合創造了我認為我們將如何製造一切的下一代。」

- Nextech 的機械設計工程師 Liam Kroone

Atlas T 四軸飛行器模型結合使用 SLS 3D 列印（天線葉片和萬向節和甲烷傳感器蓋）、機加工金屬物件和碳纖維物件來優化有效載荷並實現獨特的幾何形狀以獲得最佳性能。

測量熔體

Nextech 的其中一款機型是固定翼無人機，翼展 3.2 米，航程 100 公里。在與法國政府合作的一個項目中，無人機飛去掃描和調查北極日益惡化的冰帽。無人機攜帶多光譜成像和定製熱成像設備，以測量海洋如何影響冰帽融化的速度。Nextech 團隊必須為無人機設計定製的支架和機身物件，以承載敏感的有效載荷，以及在極端條件下運行的翼尖。

Kroone 說：「如果無人機的質量或環境發生變化，翼尖的輪廓就需要改變。因此，當我們製作原型並且這些變量正在發生變化時，在我們確切知道它是如何工作之前，加工變得非常昂貴。」

最終的翼尖將由碳纖維複合材料製成，但為這些複合材料製作模具非常耗時，而且加工成本太高。在 Fuse 1+ 30W 上使用尼龍 12 粉末，團隊可以在與最終碳纖維物件相似的重量下嘗試複雜的形狀。

Kroone 說：「如果你打算嘗試用鋁甚至碳纖維製造它，那麼在項目的早期階段就把模具弄好會非常複雜。因此，為了能夠製作這種複雜的形狀，使用 Fuse 1+ 30W我們能夠嘗試幾個不同的版本，或者隨著項目的變化，我們能夠毫不費力地列印出新的設計。」


▲Nextech 固定翼無人機的這張渲染圖顯示了設計的規模和複雜性。	▲Nextech 團隊依靠使用 Fuse 1+ 30W 和尼龍 12 粉末碳纖維成型的設計過程來快速迭代和測試固定翼無人機的功能翼尖。

一次 100 個：批量生產最終用途零件

對於多旋翼無人機 Atlas T，該團隊已經進行了多種設計，以將傳輸技術保持在特定角度和距離。設備的握持方式會影響其性能，將 GPS 和天線置於正確的位置意味著更遠的距離和更高的傳輸質量。遠程天線跟踪技術不會被導電、笨重的材料所阻礙，因此能夠定製有效載荷固定裝置和天線需要複雜的幾何形狀和使用非導電材料進行的多次迭代測試。

Kroone 使用 Fuse 1+ 30W 開發了具有咬接功能的智能電池定位器。有外部和內部組件，用尼龍 12 粉末列印用於最終用途無人機。內部組件的尺寸和體積大使得很難在他們的 CNC 機器上高效編程。Kroone 說：「它們是小零件，在 CNC 機器上安裝它們會花費很多時間，但我們可以在 Fuse 1+ 30W 上一次列印 100 個。」

▲Atlas T 四軸飛行器上的最終用途電池定位器是使用尼龍 12 粉末在 Fuse 1+ 30W SLS 列印機上 3D 列印的。

匹配輸出百萬美元的設備

將 SLS 和 CNC 技術相結合，使 Nextech 在設計和製造過程中具有更大的靈活性。他們能夠使用 Fuse 1+ 30W 進行批量生產和複雜的幾何形狀，同時為其他物件加工高強度鋁物件。當他們評估 SLS 機器時，找到一台能夠與他們的 CNC 機器質量相匹配的機器非常重要，而他們找到了Fuse 1+ 30W。Kroone 說：「這真的是一項很棒的技術。我們在 CNC 機器上花費了數百萬美元，Fuse 1+ 30W 的輸出能力與之相同，價格卻易於入手的多。」

隨著 Nextech 無人機的每一次成功部署，曝光率都會增加，客戶需求也會增加。Nextech 需要能夠依靠 Fuse 1+ 30W 來持續平穩地運行。Kroone 說：「可重複性和可靠性對於確保我們在短時間內製造出高質量的無人機非常重要。眾所周知，許多 SLS 列印機會出現許多列印錯誤和列印失敗，而 Fuse 1+ 30W 是一款具有強大支持的高質量機器。」機器本身的可靠性，加上 Formlabs 對全球頂級支持的承諾，有助於保持生產正常運行。

無人機行業競爭異常激烈，公司爭先恐後地爭取來自政府、研究和農業部門的長期契約。為了保持領先地位，無人機製造商必須不斷更新他們的技術，並為每個項目提供可定製的選項。3D 技術，以及 SLS 和 CNC 加工的內部生產能力，尤其是 Nextech 的與眾不同之處。

「我想說的是，任何沒有Fuse 1+30W進行批量生產的公司，真的不知道他們未來在做什麼—他們在必要時並不在內部擁有生產工作流程，這給自己帶來了障礙。」-Nextech 的機械設計工程師 Liam Kroone

▲Fuse Sift 為零件除粉和回收材料提供了安全高效的工作流程。

將傳統製造技術與先進的內部增材工作流程相結合，讓 Nextech 飛到了無人機行業的頂端。Formlabs Fuse 系列 SLS 列印機的可靠性意味著它們可以保持敏捷，響應供應商變化和客戶需求，並不斷改進其產品。