复合自主水下车辆

潜水技术的外部19英尺长的潜水LD自动水下车辆由九3D印刷的复合整流器制成,可机械组装和涂层。照片信用:潜水技术

自主水下车辆(AUV)是一种无人机器人车辆,能够在水下行驶而没有物理连接或从人类运营商遥控。通常配备传感器或摄像机,或运输设备,AUV在各种市场中使用,包括防御和基于海洋的研究。能源公司还使用AUV进行海上调查工作,以监测现有的石油和天然气或海上风力基础设施,并调查新发展领域。

通常,AUV的外壳包括一个大,金属压力容器,类似于载有枪潜艇,或者最近,这些容器由热成型塑料或复合材料构成。然而,这两种选项都需要开发和购买专用的工具,这是昂贵的并且限制可供AUV客户所安置的定制量。一个相对较新的AUV开发公司已发现复合3D打印可以解决传统制造的许多限制。

潜水技术'(Quincy, Mass., U.S.) three co-founders, Bill Lebo, CTO, Jerry Sgobbo, CEO, and Sam Russo, COO, met while working at Bluefin Robotics (Quincy), a spin-off of the Massachusetts Institute of Technology (MIT, Cambridge, Mass., U.S.) that helped pioneer the design and manufacture of AUVs. In 2018, Russo, Lebo and Sgobbo decided to leave Bluefin Robotics to design and launch a new, more capable AUV.

“AUV已经存在了几十年,但客户开始要求当前系统不可能成为可能的能力,”Russo解释说。“希望的客户更有能力的平台,从此可以轻松地整合更多的有效载荷或传感器,以及更长的耐力,能够在一次甚至几周而不是几个小时而不是几个小时,而且所有这些在较低的价格点。所以,比尔,杰瑞和我决定把头放在一起,发射潜水技术并重新设计自动水下车辆。“

他们开发的是Dive-LD,一个19英尺长的4英尺直径的商用AUV,能够潜入6000米的深度,距离高达500英里的距离,携带高达1的有效载荷容量立方米。船体的流体动力学形状被启用,russo表示,通过用于车辆的新颖,承重的内部结构,他解释的是“自由淹没的架构”,这意味着水实际流入车辆,所有电子器件都被置于车辆中在保护性压力容器中。

最初,该团队认为他们的车辆的最终结构将使用外壳的热成型塑料。首先探索和测试设计,他们开始与之交谈橡树岭国家实验室(Ornl,橡树岭,Tenn。,美国)关于使用3D打印进行快速原型设计。通过ORNL,潜水团队被引入大型添加剂制造(LFAM)专家添加剂工程解决方案(AES,Akron,俄亥俄州,美国),并开始与AES团队合作,以获得他们的AUV船体形式的制造过程。

在研究3D印刷原型的过程中,潜水技术实现了LFAM快速生产成品组件的可能性。Russo说:“一旦我们开始学习3D打印的能力,特别是在大型添加剂制造中,我们就会对我们实际创造成品,有能力的车辆的方式印象深刻,我们可以在没有昂贵的工具的情况下做到这一点行业中的其他人都来到了担任事业的方式。“

添加剂制造,装配和测试

大型添加剂制造碳纤维填充ABS复合AUV船体公平

使用添加工程解决方案的BAAM打印机之一加剧地制造了每种纤维填充的ABS整体。照片信用:AES

Dive-LD的流体动力外部船体包括使用AES'4之一印刷的九个,管状的展平辛辛那提公司(辛辛那提,俄亥俄州,美国)大面积添加剂制造(BAAM)3D打印机。这些公平由由此提供的切碎的碳纤维填充ABS印刷s(沙特阿拉伯,利雅得)。车辆内还有77个较小的内部部件,通过潜水,包括支架,包括支架和安装,以将传感器,电机和其他电子设备连接到船体。根据AES联合创始人和VP Andrew Bader,AES可以在不到两天的时间内打印完整船体的所有部件。

一旦交付到潜水,3D印刷的公平将使用每整流箱的四个紧固件机械固定。整个船体涂覆以填充印刷产生的“谷”或脊,并产生光滑的流体动力外表面。通过2019和2020之间的潜水测试各种涂料选择,并评估易于施用和生存性,对海洋深度为6000米。

大型添加制造复合AUV组件

AES可以在不到两天内打印潜水LD船体的所有组件。

“公平旨在围绕车辆框架,使我们能够尽量减少所需的紧固件数量,”Russo说。“在15分钟内,可以在两个运营商中删除一整套车间。

测试在使用压力测试室的优惠券级别进行6,000米的深度为6,000米。伍兹孔海洋学机构(Woods Hole, Mass., U.S.) before sea trials of a full-scale prototype, which took place in Cape Cod Bay and Buzzards Bay off the coast of Massachusetts from August to December 2020. The first payload-bearing prototype began offshore testing in late March 2021, and Dive began building the first customer vehicles this spring and will deliver the first order in June 2021.

碳纤维复合3D打印AUV船体公平的组装

在向潜水技术提供船体公平之前,AES技术人员将印刷部件切割成塑造。照片信用:AES

“我们是第一个将3D打印带到海底机器人的秤,以及我们3D印刷的一切,我们压力测试到6000米的海洋深度。我们设想这些系统能够进入世界大多数海洋的底层,并且通过我们3D打印的方式,这主要是可能的,“Russo说。

Toolless,快速,可定制的生产

3D打印的原型组件不仅满足性能要求而优于预期,但潜水意识到采用生产车辆的添加剂制造还会节省工具成本,使其能够比使用传统方法更快地生产最终产品,并实现新的,更高的水平为客户定制。糟糕的补充说:“并非每个客户都需要完全相同的规格。如果潜水创造了一个船舶设计,他们花了数十万美元的工具,那么他们都将拥有这一产品到市场。通过3D打印,如果一个客户想要设计稍微调整一点点或者希望船只更大或更长的船只,它可以增加一周的设计工程和创建新模型,但打印过程我们的一边是一样的。3D打印使潜水能够在不经历昂贵的传统方式的情况下潜入定制解决方案。“

复合3D印刷AUV

3D打印使潜水技术能够快速制造成本效益,可定制的AUV,以满足各种行业客户的需求。照片信用:潜水技术

与潜水的合作关系是AES和复合3D打印的一大步,也是糟糕的说法。大部分AES的企业是3D打印模具和用于复合部件铺设的工具和预制混凝土模板,这是几年的成功商业模式(见“复合材料速度混凝土外墙制造”阅读AES'BAAM打印机用于构建基础架构的工具)。“我认为是什么让这个项目对我们来说是独一无二的,这是我们制造真实,可行的,测试的最终用品。通常,当人们想到3D打印时,他们想到原型,固定装置和工具,所以这就展示了其他3D打印能够,“糟糕的说法。

根据Russo的说法,添加剂制造已成为未来车辆和产品价值主张的核心部分。3D打印“让我们能够有效地完成事物,如果有人想要在选择和放置传感器或其他子系统的选择和放置不同的情况下,就会非常快速地反应。3D打印以这样一种快速,可配置的方式,我们从未否则将能够做到的那种快速,可配置的方式,“Russo说。“我们现在真的看到3D打印作为我们的价值主张的重要组成部分,而不仅仅是用于原型设计,而且还用于生产车辆,前进。”

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