气雾剂

大金属印刷 - 实现添加剂制造的潜力

2011年,南非航空制造解决方案提供商Aerosud和南非科学和工业研究委员会(CSIR)合作推出了一个具有挑战性的3D打印项目Aeroswift。为新一代的金属添加剂制造(AM)系统与一个更大的构建体积比以前,Aeroswift项目的目标是打开提供的潜在增长行业,提高市场竞争力,为南非提供一个独特的竞争优势在金属。

利用航空器威速系统,可以比以往任何时候都打印更大的零件,并比任何其他市售激光熔化机更快地打印10倍,允许进入完全新的添加剂制造方式。为了展示打印机的制造范围和适用于非常大的航空航天部件的构建体积,Aeroswift与Altair合作,开发用于设计大型瘾制造产品的方法。无人驾驶飞行器(UAV)框架被设计为演示,随后印在Aeroswwift上。为了在满足所有组件要求时提高可制造性,项目工程师使用Altair Inspire™及其拓扑优化功能在设计过程中。

思考大,印刷更大 - 航空器威速系统能够提高零件尺寸和复杂性

Aeroswift打印机能够用多种金属制造大型3D打印金属飞机部件,包括钛合金。这种材料因其高性能和低重量的结合而在工业上得到了广泛的应用。无人机框架的设计委托钛合金,以示范航空航天技术粉末床融合过程的大型系统,如aerosswift打印机。

在第一步中,项目团队指定了UAV飞机和框架的要求。Aeroswift工程师希望不仅仅是打印最大的金属框架,他们也想展示如何减少建筑时间并减少每个组件的零件数量。通过减少浪费,他们还将实现更好的买入比率。

设计过程包括无人机飞行需求规范、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。

满足所有需求——生产更大、更好、更快

苛刻的制造要求有很长的名单,工程师必须考虑在他们的设计中。除了帧设计规范之外,如打印机的构建体积和无人机所需的对称电机放置,该团队还必须包括设计过程中的美学方面。它们必须在至少2:5:5的重量比下实现至少15分钟的飞行时间,而框架刚度也必须最大化。还必须使用用钛合金Ti6Al4V使用粉床融合AM工艺来印刷最终设计。

Altair Inspire确保可打印性和更好的设计

Aeroswift项目工程师需要了解材料如何在预定的设计空间中最佳地分布。由于具体的结构和重量要求,并且自由形式设计无法使用传统方法制造的事实,该团队决定使用Altair激励应用拓扑优化来优化框架,以便可以加剧地制造。团队合作开发一个多步过程,以在合理的时间内产生最佳设计。

“我们对结果非常满意-使用Altair Inspire我们可以建立一个过程,帮助我们实现拓扑优化无人机框架显示比基准更好的结果。如果没有牵牛星和他们的工具,我们不可能充分利用增材制造在航空航天工业中的潜力。”

- 雅各布普林斯伦
Aeroswift的运营经理
首先,使用基本卷的基本概念设计,使用尽可能少的细节,然后导入Altair Inspire以运行基线有限元分析。随后的优化和性能检查确保生成的拓扑促进了组装组件之间的所有所需连接。

工程师们通过增加分支规模来进行第一步优化,以减少寻找主要负载路径的计算复杂性,从而逐步实现拓扑优化方法。这一过程产生了厚度边界,包括优化设计。随后,aerosswift团队可以重新创建生成的几何图形,并对更细的分支进行第二阶段拓扑优化。这个过程显示了从一个非常基本的设计到一个适合金属AM的拓扑优化设计的转变。项目工程师对结果感到满意,因为所有无人机框架要求都得到了满足,包括框架重量,推力重量比和飞行时间,同时保持框架刚度。最终的设计结果甚至比最初预期的还要好。“我们对结果非常满意-使用Altair Inspire我们可以建立一个过程,帮助我们实现拓扑优化无人机框架显示比基准更好的结果,”Jacobus Prinsloo说,在Aeroswift的运营经理。“如果没有牵牛星和他们的工具,我们不可能充分利用增材制造在航空航天工业中的潜力。”

牵牛星Inspire拓扑优化无人机框架模型

仪器化的无人机准备飞行

提出优化的设计

3D打印优化的UAV帧