3D打印+拓扑优化制造542*542*141mm的钛合金无人机框架
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542*542*141 mm，目前能够制造这个尺寸金属零件的SLM打印机为数不多，Concept Laser 的X line 2000R构建尺寸为800*400*500 mm，SLM solutions的SLM 800为500*280*850，EOS最大构建尺寸的M400-4也只有400*400*400mm。而生产这款巨大钛合金零件的厂商却来自南非Aeroswift，其增材制造系统的构建能力达到了2*0.6*0.6m。在我们的印象中，往往不知名的公司会生产夸张的机型以博得关注，然而Aeroswift却获得了与Altair、空客以及波音公司的合作。
开发世界上最大的金属3D打印机
Aeroswift成立于2011年，由南非政府支持，其目标是开发和销售世界上最大的金属3D打印机和部件。这款基于SLM的打印机专为飞机制造而研发，拥有多项专利新技术，除了在尺寸上世界领先外，其加工速度也要比市面现有的SLM打印机快10倍。
Aeroswift开发的世界最大金属3D打印机
该公司拥有一支由多学科工程师和技术人员组成的团队，他们在3D打印机开发和3D打印部件生产领域拥有丰富的经验。专家团队涉及增材制造、机器制造、软件开发、激光物理、冶金以及航空航天应用等多个领域。其最初的研发重点专注在钛合金，但未来的产品将涵盖到主流的多种合金材料。
优化的航空航天3D打印，生产大型金属无人机框架
为展示系统的制造稳定性及其对超大型航空航天部件的构建量，Aeroswift日前与Altair合作，开发了一款大型的无人机框架，并采用钛合金SLM工艺进行制造。
无人机框架的设计尺寸为542*542*141mm，为了在满足所有组件功能要求的同时提高可制造性，设计工程师使用Altair Inspire TM仿真软件及其拓扑优化功能对组件进行了结构优化。
无人机框架结构
在第一步中，项目团队规定了无人机飞机和框架的要求。设计过程包括无人机飞行要求规范，电子元件和动力传动系统选择，采用拓扑优化技术的机械设计，美学改进和可制造性改进。为了真正展示Aeroswift系统的功能，设计师必须满足大量严格的制造要求。
无人机框架添加支撑
除了必须适应SLM系统的构建体积和无人机所需的电机对称放置和高刚度、防冲击失效设计规范，还需要达到15分钟飞行时间内2：5：1的推力重量比。设计团队首先使用具有尽可能少的细节的原始结构创建基本概念设计，然后进行Altair Inspire有限元分析。随后的优化和性能检查确保生成的拓扑结构有助于组件之间所有必需的连接。
无人机框架打印过程
工程师通过增加分支来分阶段进行拓扑优化，降低查找主要负载路径的计算复杂性，该过程可以确定最佳的壁厚边界。随后，设计团队可以重新创建生成的几何体，进行第二阶段的拓扑优化。
打印完成的大型钛合金无人机框架
采用SLM技术打印如此巨大尺寸的钛合金部件足以证明Aeroswift系统的稳定制造能力，这是因为部件本身的尺寸很大而且结构复杂，更重要的在于钛合金本身易变性、易开裂。最终的测试结果也显示出拓扑优化和3D打印的成功性。
拓扑优化+钛合金3D打印的大尺寸无人机框架细节
获空客、波音青睐
Aeroswift于2016年推出了第一个展示部件，2017年开始为飞机巨头空客和波音生产原型零件，而不久前该公司对外表示，其通过3D打印制造的一些飞机部件将于今年试飞。
Aeroswift打印机装载粉末
Aeroswift采用自主研发的3D打印机制造了飞机油门杆、杠杆手柄和燃料箱吊架支架等部件，空客从南非采购的A400M军用运输机零部件也是由Aeroswift提供。
Aeroswift为空客A400M军用运输机提供零件
看起来，这家南非公司的技术实力得到了充分的体现，而行业咨询公司Wohlers Associates总裁也对它大加赞赏。
END
新的制造工艺越来越多地被汽车、航空和军事工业作为制造复杂零件的更经济的方式，它可以大量节省燃料和生产成本。南非在世界钛储量中排名第四，这似乎能为Aeroswift开创世界上最大的钛金属3D打印中心带来竞争优势。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：3D打印+拓扑优化制造542*542*141mm的钛合金无人机框架