飞机原型制造:Archer Aviation 如何开发下一代空中出租车

“Form 4L 支持打印优质的大型部件,几乎不需要任何手工后处理,随时可用。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

Archer Aviation, Inc. 是电动垂直起降飞行器 (eVTOL) 领域的领先企业,正在通过开发下一代空中出租车重新构想空中旅行。Julien Thiebaud 是先进技术部门的设计经理,该部门是一个完整的设计工作室,负责飞机的内部设计。该工作室使用熔融沉积成型 (FDM)立体光固化 (SLA) 3D 打印等工具制造全尺寸模型和原型。

Thiebaud 说:“我们一直在打印。从某种程度上说,Archer 里的每个部件都会经过工作室。” Archer 的工业设计团队在使用先进材料制造功能性原型上投入了大量时间。这些原型必须符合性能标准,同时提供出色的表面光洁度和严格的公差。因此,在选择 3D 打印机时,Thiebaud 表示最重要的考虑因素是“可靠性、速度、表面质量和客户服务”。

“我是一名汽车设计师,因此很挑剔。我已经很久没有遇到过像 Formlabs 这样的公司了,我们的合作自始至终都非常愉快:从机器拆箱、用户体验、用户界面、机器的设计和外观、部件质量,一直到客户支持。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

作为 Form 3L 和 Form 4 的用户,Thiebaud 对 Form 4L 进行了测试,以了解它在高节奏、高要求的 Archer 工作室中的表现。

从 Form 3L 和 FDM 到 Form 4L 实现速度革命

“大型部件需要打印 12 个小时。如果使用 Form 3L 执行相同的任务,则需要 35 个小时。因此,这对我们来说绝对是一场革命。夜以继日。但总是有人在最后一刻提出请求,‘嘿,能把昨天的部件给我吗?’ 现在有了 Form 4L,这就完全不是问题了。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

Form 4L 3D 打印机内构建平台上的黑色部件

相对于传统方法,甚至是 FDM 3D 打印,使用 Black Resin V5 在 Form 4L 上 3D 打印大型原型更快速、更具成本效益。

在将 3D 打印引入公司内部之前,Thiebaud 会用 CAD 模拟测试原型,或者用 CNC 手工制作原型并手动测试,这是一个漫长而昂贵的过程。引入 3D 打印既能提高时间效率,又能降低成本。熔融沉积成型 (FDM) 和立体光固化 (SLA) 3D 打印提供了更快的原型制造方法。

在 Form 4L 之前,Thiebaud 会使用 FDM 打印大型部件,因为它比 Form 3L 打印速度更快,部件也更轻;如果需要更光滑的光洁度,则会使用 Form 3L 打印。但使用 Form 4L,某些部件的打印时间会从 Form 3L 所需的 10 小时缩短到 1 小时。

“与 Form 4L 的速度相比,我们最好的 FDM 都相形见绌。对于团队的任务来说,在开始设计时,我甚至都不再考虑 FDM 了。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

Form 4L 的速度还提高了团队一周内的迭代次数。对于头枕原型制造,Thiebaud 通过 3D 打印基材和安装固定装置,测试软垫和缝合位置。他说:“使用 Form 4L 进行 3D 打印,可以让我们在一周内完成五种不同的设计和五种不同的测试。”如此一来,原型的制造时间就缩短了一半。

性能卓越的原型

“我们需要制作用于底盘的支架和支撑,以保证结构的刚性。我们选择 FDM 进行 3D 打印,行不通。我们尝试了一些不同的技术。Form 4 打印的结果很完美,且立竿见影。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

Thiebaud 为照明系统、交通工具的内饰设计(如座椅、仪表盘和车厢的精加工)以及一些建筑的比例模型制作小部件原型。其中一些部件有时必须耐高温,并能耐受化学成分的腐蚀。对于需要具备这些特性的原型,Thiebaud 使用的 High Temp Resin 拥有 Formlabs 树脂中最高的热变形温度 (HDT):在 0.45MPa 条件下为 238°C。

“原型的使用方式与我们的生产方式非常相似。因此,对我们来说,重要的是,在拉伸强度和机械性能方面,它们要与最终部件的性能相匹配。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

使用 SLA 打印的部件具有各向同性,可以满足原型制造的功能要求。Formlabs 的材料科学家利用 Form 4 的技术,推出了更新版树脂,具有经优化的机械性能和美观度,不仅实现了更快的打印速度,还提高了性能。

直接在构建平台上打印的带支撑透明部件

Clear Resin V5 设计用于在 Form 4 系列 3D 打印机上打印。Clear Resin V5 打印原型具有极高的清晰度,与之前的版本相比泛黄有所减少。

“Clear Resin V4 和 Clear Resin V5 之间的差别是惊人的。我们打印了完全相同的部件,可以发现透明度大大提高。甚至有一次我们忘了上清漆,几天后才发现,部件的状态仍然很好,由此可见,该材料的抗紫外线性能大大提高了。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

在后处理和精加工过程中节省时间

“质量非常好。自从我们收到 Form 4 后, 部件的打磨和后处理工作 需求减少了 80%。我最喜欢的是,只需用手指就能移除所有支撑,甚至不需要使用工具。清洗、固化,然后贴在原型上。即使要完成手工后处理,也很少。整体质量好得惊人。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

打印时间仅是其中之一。后处理和精加工 3D 打印部件所需的时间必须计入整个生产时间。从 3D 打印机中取出的部件表面越精细,所需的后处理就越少。Thiebaud 指出:“每次移除支撑时,都要对支撑接触点进行打磨。Form 4 系统成功地降低了支撑密度。部件出机后的表面质量非常好。基本上,部件固化后,只需用砂纸进行快速打磨即可。”

一开始,Thiebaud 在 PreForm 中自动生成轻触式支撑,旨在最大限度地减少移除时间,提高表面清洁度。随着经验的积累,他调整了自定义支撑密度和接触点,以实现更快的打印速度,并尽可能减少后处理。此外,他还对部件进行手动定向,以确保关键表面保持原样。

黑色 3D 打印部件

座椅侧饰板原型

打印机:Form 4L

打印时间:1 小时 30 分钟

后处理时间:30 分钟(清洗 + 固化)

精加工时间:打磨 30 分钟(不上漆)

共计:2 小时 30 分钟

不间断可靠性

“在我们发现 Formlabs 后,首先关注的就是打印可靠性。这些机器不停地运转着。我们可谓是在“暴力”使用它们。而事实上,不仅可以打印,而且从不漏印,这太神奇了。可靠性就是一切。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

Thiebaud 在不断打印。他能在 30 分钟内设计出一个 CAD 模型,并源源不断地打印原型。面对如此大的打印量,任何打印机停机都会严重影响时间进度,造成工作流程的大面积中断。Thiebaud 说:“在我们发现 Formlabs 后,首先关注的就是打印可靠性。”

Thiebaud 需要明确,无论他发送给打印机什么部件,打印机是否都能准确地打印出来。在 Form 4 系列打印机中,6 个集成传感器可精确控制树脂温度、树脂液位、打印力和打印状态,而预防性维修提醒功能可使打印机保持正常可靠的运行。

“客户服务真的很重要,Formlabs 在这方面的表现非常出色。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

如果需要故障排查或出现问题,Thiebaud 可以直接与 Formlabs 专家交流,以确保设计工作室的生产正常进行。

利用高质量原型加速发展

“Form 4L 支持打印优质的大型部件,几乎不需要任何手工后处理,随时可用。在这台机器的整个使用时间里,从未出现过缺陷。”

Julien Thiebaud,Archer 先进技术部设计经理

为 Archer 飞机提供动力的尖端技术制造原型,需要同时平衡速度、精度、准确性和可靠性,而 Form 4L 可以胜任这项任务。Thiebaud 和制造团队交付了具有出色光洁度和易移除支撑的原型,同时节省了时间,从而能够更快地完成原型制造。

请查看 Form 4L 了解更多信息,或联系销售,了解 Formlabs 如何帮助您加快产品开发。