案例研究

洛克希德·马丁公司的小型无人机与大精神

Protolabs自动化设计的可制造性反馈和报价系统加速起飞

在加拿大,加拿大皇家骑警(RCMP)正在使用一种新的无人机模型,Indago四旋翼机,用于搜索和救援任务,交通事故重建,犯罪现场的法医鉴定和其他肉眼可见的警察程序。

加拿大皇家骑警(RCMP)等执法机构、其他市民急救人员和军队,是总部位于马里兰州贝塞斯达的洛克希德·马丁公司为其商业级Indago四旋翼无人机(UAV)或无人机寻找市场的主要例子。除了执法部门和军事客户外,消防员、房地产公司、农民和建筑公司也发现了这种新型无人机的用途。“Indago”由洛克希德公司的子公司Procerus开发,原型设计和Protolabs公司的小批量生产帮助,是一种5磅重的小型折叠式四轴飞行器。

根据洛克希德公司的说法,该飞机能够从地面控制器使用集成天线解决方案在1.5英里(2.5公里)的各种范围内工作,并且在地面以上500英尺(AGL)和平均海平面18000英尺(MSL)的高度上工作。洛克希德·马丁公司表示,无人机能够携带多种可互换的有效载荷,平均飞行时间为45分钟以上。

加速设计

和同事讨论问题有时能让事情发生。对于米格尔·佩雷斯来说,在整个Indago无人机的开发过程中,关键的一步要追溯到他与山姆·拉塞尔关于Protolabs的对话。佩雷斯和拉塞尔都是普罗赛鲁斯的工程师。佩雷斯回忆说,拉塞尔“在网上找到了Protolabs,在一个不同的项目中使用了该公司,发现Protolabs可以迅速扭转局面。”佩雷斯说,在产品开发中,“我们经常需要快速的零件,就像昨天一样,所以快速制造很重要,因为它加速了设计过程。”

“一天之内,你就会得到答案,知道你是否能做出这个部件,是否需要做出改变。”

Perez提到的另一个速度组件是他从Protolabs的自动报价系统中获得的反馈,该系统包括一个可制造性设计(DFM)组件。他说这个系统是关键。“自动报价系统太棒了。在一天之内,你会得到一个答案,关于你是否可以做这个部分,你是否需要做出改变,等等。你可以快速完成,上传一个新版本,在几天内就能得到一个零件,而不是一周后从其他制造商那里得到报价。”

导师报价制度

在Perez从Protolabs获得任何实际的快速转弯零件之前,他发现该公司的DFM分析是一个有价值的导师,指导他进行各种零件迭代,并最终引导他从最初的3D打印项目转变为注射成型原型。

“报价系统很棒,”佩雷斯说。“它一开始就能告诉我某样东西是否可以成型,还能让我大致了解模具成本和零件成本,而且每次都是在一天之内……它基本上教会了我如何设计注塑零件。”在此之前,我对设计注塑零件并不熟悉。”

佩雷斯说,他最初面临的设计挑战是将3d打印设计“改为可塑”。他回忆说,他会向Protolabs的自动报价系统提交一个未修改的模型,然后得到反馈,例如,关于模具的半部分如何工作,建议的侧拉和不能成型的特征的突出部分。

佩雷斯说:“然后,我会利用这些信息将零件制成多个可塑接口部件,以保持设计意图。”然后他会重新提交修改后的零件,并从报价系统中获得更多关于模具可能如何制作的反馈,例如,向他展示他可能忽略了哪里的底边和要求的方向,以及由于模具的可加工性,哪里可能会出现圆角和未成形的特征。

佩雷斯说:“这是一种迭代设计方法,由于报价系统的快速周转,这种方法得到了加速。”“通过使用这个过程,我能够更好地了解什么是预期的,什么是可塑性。然后,我能够考虑如何修改其他部分,并通过更少的迭代来完成,因为我从引用中的DFM分析中学到了什么。我会提交这些新部分,并迅速获得反馈,确保我的方向是正确的,同时确保我忽略的功能能够引起我的注意。”

模型原型的论证

佩雷斯解释说,无人机的早期概念是由3d打印的SLS(选择性激光烧结)尼龙部件制成的。“我们制作了3d打印部件的原型和制造。”在当时,这是有道理的,“因为SLS零件并不坏,而且我们当时生产的零件数量并不证明我们有理由使用模制零件,使用大而昂贵的模具厂来制造钢模具。”

然而,佩雷斯说:“Protolabs改变了我们的想法。”为什么?

他解释说:“归根结底,我们想知道转向注塑尼龙是否会提高批次的一致性。”因此,佩雷斯说,他引用了一些注塑成型零件,“只是为了了解注塑成型的成本。基本上,这对我来说是一项可行性研究,看看我是否能说服我们的领导层证明迈出这一步是合理的,尤其是在我们的数量(无人机订单)正在增加的情况下。”在这个过程中,自动报价系统中的DFM元素帮助佩雷斯创建了注塑成型的设计,并使他相信他们可以负担得起无人机的注塑部件。“领导层回来后说,‘让我们这样做吧。’”

洛克希德·马丁公司四轴飞行器的注塑零件。
这个CAD模型显示了Protolabs为无人机制造的许多部件之一,这些部件由抗冲击改性尼龙制成。

这个转变已经发生了。佩雷斯说,Protolabs的注塑服务现在用于最新版本的Indago 2无人机的原型设计和小批量生产,其热塑性部件由耐用的工程级尼龙材料制成。最初,这些部件是由SLS尼龙12制成的。现在公司是注塑出来的一种特别结实的尼龙66,这样就提高了零件的整体强度。Indago 2于2015年12月发射。

佩雷斯说,他和他的同事对结果很满意,并忍不住再次提到速度元素。“在四个月的时间里,我们从决定转向注射成型,到拥有最终产品并进行组装。”

佩雷斯表示,2016年的计划包括“提高”Indago 2的产量,以满足当前和未来的客户订单。

联合起来拯救生命

2015年,洛克希德·马丁公司宣布与国际救生计划建立合作伙伴关系,该计划将帮助人道主义搜救工作。Indago无人机将集成Loen工程公司开发的轻型天线和接收器。该系统将允许“拯救计划”机构和急救人员迅速定位离家出走的特殊需要人员。

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