Nomad Prototypes利用MSLA技術(shù)打印出比傳統(tǒng)FDM技術(shù)堅(jiān)固3倍的無(wú)人機(jī)零件

南極熊導(dǎo)讀：無(wú)人機(jī)（UAV）在增材制造領(lǐng)域一直備受關(guān)注，尤其是在軍事應(yīng)用方面。新一代光聚合物樹(shù)脂正在應(yīng)用于大型3D打印技術(shù)，可能改變目前軍事領(lǐng)域中3D打印無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

△第一代樹(shù)脂無(wú)人機(jī)組裝后進(jìn)行適合性測(cè)試，然后進(jìn)行噴砂以進(jìn)行最終的陶瓷涂層處理

2024年5月24日，南極熊獲悉，阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)的一家公司Nomad Prototypes利用低成本的掩模立體光刻（MSLA）技術(shù)，采用Liqcreate StrongX樹(shù)脂成功3D打印出一架四旋翼無(wú)人機(jī)。該公司創(chuàng)始人Phillip Keane認(rèn)為，結(jié)合掩模立體光刻技術(shù)和雙固化樹(shù)脂，可以生產(chǎn)出比傳統(tǒng)熔融沉積成型（FDM）技術(shù)更為堅(jiān)固的3D打印無(wú)人機(jī)。

Keane說(shuō)：“對(duì)于小型多旋翼飛行器和小型業(yè)余級(jí)固定翼飛行器來(lái)說(shuō)，絲材擠出是沒(méi)有問(wèn)題的，但如果要擴(kuò)大專業(yè)級(jí)固定翼無(wú)人機(jī)的尺寸，就會(huì)遇到真正的問(wèn)題。FDM會(huì)產(chǎn)生各向異性的打印效果，而固定翼飛機(jī)上的動(dòng)態(tài)力非常復(fù)雜，普通的擠壓技術(shù)在強(qiáng)度和重量方面都無(wú)法滿足要求。3D打印無(wú)人機(jī)的全部意義在于最大限度地減輕重量，但如果為了彌補(bǔ)各向異性而傾向于在結(jié)構(gòu)壁上增加更多層次，那么很快就會(huì)達(dá)到最好只使用玻璃纖維或碳纖維的地步�！�

△采用nTop設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)外殼放在實(shí)驗(yàn)室烤箱中，即將進(jìn)行熱固化

MSLA 3D打印無(wú)人機(jī)的開(kāi)發(fā)

在其它應(yīng)用中，纖維加固成本過(guò)高且勞動(dòng)密集，而無(wú)人機(jī)生產(chǎn)則可從3D打印技術(shù)中獲益。Keane在新加坡南洋理工大學(xué)獲得碩士學(xué)位時(shí)就開(kāi)始研究無(wú)人機(jī)，在過(guò)去的十年中，他探索了從FDM到選擇性激光燒結(jié)和多射流熔融(Multi Jet Fusion)等各種3D打印無(wú)人機(jī)的方法。

通過(guò)Nomad Prototypes，Keane開(kāi)始接觸掩模立體光刻技術(shù)。由于Liqcreate Strong X是一種雙固化樹(shù)脂，因此首先要用紫外線（UV）硬化，然后再進(jìn)行熱固化以提高強(qiáng)度。然后對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行噴砂和陶瓷涂層處理，以提高耐用性和抗紫外線能力。據(jù)Keane稱，Strong X是市場(chǎng)上強(qiáng)度最高的樹(shù)脂之一。

Keane說(shuō)道：“利用Liqcreate樹(shù)脂和nTop軟件，我們能夠制造厚度僅為500微米的壁厚。通常情況下，薄壁在樹(shù)脂打印過(guò)程中會(huì)坍塌，但晶格在打印過(guò)程中起到了支架的作用，這意味著我們可以打印出比Liqcreate公司想象的還要薄得多的機(jī)身結(jié)構(gòu)�！�

除了3D打印外殼外，這款無(wú)人機(jī)還配備了7000 mAH電池，可讓它在無(wú)有效載荷的情況下飛行37分鐘，在載重500克的情況下飛行22分鐘。Nomad已開(kāi)始研發(fā)其第二代機(jī)型，該機(jī)型將是一款模塊化無(wú)人機(jī)，可轉(zhuǎn)換為固定翼垂直起降(VTOL)飛行器。這款無(wú)人機(jī)將采用堅(jiān)固、柔韌的樹(shù)脂制成，并采用拓?fù)鋬?yōu)化的機(jī)翼，設(shè)計(jì)得輕薄耐用，該公司聲稱這是FDM無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

△第二代樹(shù)脂無(wú)人機(jī)模型渲染圖

3D打印可以使無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)快速迭代

第三代無(wú)人機(jī)將采用高強(qiáng)度顆粒的熔融顆粒制造（FGF）3D打印技術(shù)，其中翼展擴(kuò)大到3.2米。這家阿聯(lián)酋公司利用MATLAB開(kāi)發(fā)了自定義尺寸算法，用于創(chuàng)建固定翼飛機(jī)的幾何圖形。在制造更大的FGF飛行器之前，它們將使用第二代固定翼樹(shù)脂無(wú)人機(jī)來(lái)驗(yàn)證該算法。

Keane解釋說(shuō)：“一些新型顆粒的碳纖維含量極高，甚至達(dá)到50%。這種高含量的碳纖維無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的長(zhǎng)絲打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殚L(zhǎng)絲過(guò)于堅(jiān)硬容易斷裂。因此，利用這些顆�？梢源蛴〕霰绕胀‵DM長(zhǎng)絲強(qiáng)度高3倍以上的零件，從而減少了各向異性帶來(lái)的問(wèn)題。我們可以有效地打印出更薄的部件，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度，這使得顆粒材料在固定翼無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用變得可行。”

該公司計(jì)劃于2024年5月27日在阿布扎比能源中心舉行的阿聯(lián)酋制造比賽上進(jìn)一步展示它們的技術(shù)。無(wú)論比賽結(jié)果如何，3D打印無(wú)人機(jī)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用似乎都是未來(lái)軍事發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。