FDM 技术

FDM 又称熔融沉积成型,是迄今为止使用广泛的 3D 打印工艺之一

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FDM 又称熔融沉积成型,是迄今为止使用广泛的 3D 打印工艺之一

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MakerBot专业解决方案创造未来的望远镜。

MakerBot专业解决方案创造未来的望远镜。

2021-08-13 15:23

快速迭代设计成就新技术

Lockheed Martin是一家在航空航天、国防和新兴技术等领域拥有悠久历史和卓越成就的世界知名企业。对于这家全球领先企业而言,应对复杂挑战、突破科学探索极限以及设计创新解决方案的特点都在他的基因里。

因此,美国国防高级研究计划局 (DARPA)从Lockheed Martin公司的先进技术中心 (ATC) 里挑选科学家和工程师组建成一支精英团队来为全新的、具有未来科技感的太空望远镜开创具有潜在革命性的设计,这也就不足为奇了。

受传统光学系统的影响,目前使用的太空望远镜重、贵、体积又大。根据项目的要求,DARPA 的版本重量必须更轻,送入太空的成本也需更低。它还必须具有一定的适应性,甚至拥更为强大的功能。ATC 团队很快便发现,需要重新审视望远镜设计的基本原则。

为了应对这一挑战,ATC 需要开发一种全新的、高度聚合的光学技术。它还需要一种经济高效的快速创建原型的方法,以帮助团队了解如何实施这项技术。

ATC在加州大学戴维斯分校的研究人员的帮助下,共同开发了SPIDER——用于光电侦察的分割平面成像探测器。得益于MakerBot专业解决方案,该团队可以快速轻松地迭代原型设计。

3D打印的SPIDER圆盘原型,展示了透镜的径向结构。

设计新型望远镜的基础工作

为了重新设计望远镜,ATC选择了干涉测量法,这是一种相对较新的光线收集技术。在光学领域,这项技术使用许多微小的透镜来收集光子,然后通过微芯片进行处理以创建高分辨率图像。

ATC与加州大学戴维斯分校的专家合作,共同研发了一种特殊的硅芯片,用于引导来自微型透镜的光。ATC的新系统在保证提供类似分辨率的同时,可以将光学所需的尺寸、重量和功率减少10到100倍。与传统组合成像的望远镜光学器件相比,SPIDER更便宜、生产速度更快、重量更轻,这也使该技术更容易被送入太空。

SPIDER 成像技术可以安装到各类平面形状上,但是针对特定需求的最佳布置形式取决于应用的环境、安装它的物体或运载工具,以及航天效率和光收集之间的权衡关系。为了探索和测试这些概念,ATC的工程师在Solidworks 中设计了不同的SPIDER系列,并对它们进行原型设计以进一步完善和迭代其模型。

光电工程师 Katherine Badham 在用于SPIDER测试的光学平台上调整仪器。

加速科学发现

MakerBot 的专业解决方案让 ATC 的高级研究工程师 Guy Chriqui 和机电一体化工程师 Sutyen Zalawadia 能够快速加速迭代设计过程并自行为 SPIDER 提供经济高效的原型。外包任何一项工作都不是一种好的选择,正如 Chriqui 解释的那样:“通常一个在8周内交付的模型仅一个版本报价就需要数千美元——我无法想象14个版本的成本会是多少。”

Chriqui 和他的团队内部也有一家先进的机械车间,但就近的MakerBot 3D打印机让 SPIDER 团队仅需几个小时就可以迭代新版本。此外,由于 ATC 有许多敏感项目,将工作外包给承包商不仅会减慢项目速度和增加成本,还需要获得相关的批准和文件,而这些工作现在可以通过几步之遥的MakerBot来避免。

通过加速设计过程,MakerBot Desktop 3D打印机不但使科学实验获得了支持,还在更短的时间内实现了更多的测试、更多的理解和更多潜在的突破。更快地为工程师提供了从构思到迭代和改进的巨大竞争优势,有助于更快地向客户提供更好的解决方案。

其实,ATC 对MakerBot 并不陌生,早在 2013 年他们就使用 Replicator 2 和 2X 为 James Webb 太空望远镜制作零件和工具的原型。

此后,他们更新了 Replicator(第 5 代)、Mini、Z18,以及现在的 Replicator+ 和 Replicator Mini+——或者说是配备了“完整的 MakerBot 系列”。

它们基本上一整天都在不停地运行,并以非常快的速度实现许多部件的迭代,否则可能会减慢最终产品的完成速度。

——Chriqui

除了制作SPIDER系列的原型,当工程师们去不同的地方进行设备测试的时候, Replicator Mini还可以作为有效的现场打印机使用。

当我们测试较小的火箭时,鼻锥遇到脱落情况并几乎无法恢复,我们将 Mini 带到发射场,在现场打印不同的鼻锥。

——Zalawadia

Lockheed Martin公司的图片,展示了在节省空间上的光学突破。

配备SPIDER成像传感器的卫星在轨道上运行的渲染图。

MakerBot 的丝线也被证明了非常重要。有了像MakerBot Tough PLA这样的新材料,ATC 的工程师可以开发出全新的产品和应用,例如被Chriqui 称为 flextures 的高品质卡扣接头。

虽然这些柔性铰链和接头用PLA打印时经常失败,但它们用Tough PLA打印时效果很好,团队可以打印出更接近最终产品的原型。在测试 SPIDER 技术时,该团队还发现 100% 填充的 MakerBot True Black PLA 非常适合吸收光线。良好的光吸收很重要,这样就不会漏光,进而避免影响光学测试。他们还使用霓虹 MakerBot PLA 丝线来打印,来突出特定的部分。

当Chriqui和Zalawadia获得测试 MakerBot Print平台的机会后,他们对其效率尤为称赞,尤其是在协助同事处理临时3D打印请求方面。

  • Makerbot配备的自动排列和多打印机控制功能,通常用于在多个构建板上设置不同的项目,然后将它们发送到不同的打印机。
  • 凭借MakerBot Print 的原生 CAD 功能,ACT的工程师可以使用他们喜欢的程序和文件格式工作,无需创建 STL 或转换文件,并通过共享文件便可轻松完成协作。

研究工程师 Guy Chriqui 检查新打印的零部件。

低成本开发更快更好的解决方案

MakerBot的解决方案能为专业人士提供各种帮助,从快速原型制作不同的概念模型到现场打印,再到测试,甚至到按需打印功能性的定制工具。

ATC的工程师通过将这些解决方案集成到他们的工作流程中,从而节省了时间和金钱。

当团队的实验需要一种无法从货架上买到的定制工具时,他们能够自己设计并在一天内打印 14 种不同的迭代产品。

一年多前打印的一些小工具,现在仍在实验室中使用。

——Zalawadia

如此高质量的生产概念和功能模型,在一年后仍能继续使用,而这仅是 MakerBot专业解决方案所提供的节约成本的冰山一角。

团队借助MakerBot 3D打印机(ATC唯一的FDM打印机)大大地加快了产品开发周期。尽管 ATC 拥有行业领先的机械车间和先进的制造技术,但 MakerBot 的专业解决方案为 ATC 的工作流程增加了该中心其他资源无法提供的独特优势。ATC 成功使用该解决方案经历显示了MakerBot 对传统快速原型制作的颠覆,那是个比桌面3D打印更昂贵和更费力的过程。

重新定义太空探索

随着ATC取得的突破,SPIDER 团队可以继续完成设计更轻、更强大、更便宜的望远镜的使命;有朝一日,望远镜可以走得更远,以高分辨率探索遥远的行星,并更深入地观察无尽的太空深处。

研究工程师 Sutyen Zalawadia 无需离开办公桌即可快速打印原型。

源文摘自:MakerBot

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