Skydio 是美國領先的無人機製造商。 他們的無人機系統unmanned aerial systems (UAS) 系列和新的 Dock 產品專注於能源、交通、公共安全、環境研究等行業。 Skydio 的工程和設計團隊在prototypes 開發階段依賴 Formlabs Form 3+ 立體光刻 (SLA) 打印機,使其盡可能接近最終的批量生產設計。 Form 3+ 可使用近40種打印材料,可以完成從功能測試到工具和固定裝置的所有任務。 Skydio高級硬件開發專家 Eric Weinhoffer 向我們介紹了他們的設計到生產工作流程,以及 3D 打印如何幫助硬件團隊跟上 Skydio 先進軟件開發的步伐。
從能源到應急救災,都有Skydio的影子。 照片由 Skydio 提供。
Skydio 有何獨特之處
早期的無人機需要需要人類遠程操控,而Skydio 開發了一款完全自主的飛行系統,Skydio的無人機不會墜毀,它們不僅能拍攝出完美的照片,還能避開樹木、智能導航並自動跟踪拍攝對象。 政府部門可用在調查事故或犯罪現場時使用它們以數字方式重建所發生的情況, 公用事業公司、土木工程公司和國家機構依靠 Skydio 無人機完成對其現場的廣泛檢查,可建立近乎連續的監控。 由於這些應用通常位於難以到達的區域。因此 Skydio 的無人機需要耐用且設計精良。 SLA 3D 打印使他們在評估原型要求時能夠盡可能接近最終的注塑零件。
重量、速度和航程不斷的測試與妥協,需要3D打印進行快速迭代
Weinhoffer 和硬件開發團隊依靠 Form 3+ 打印機和各種 Formlabs 樹脂開發全新的無人機。 照片由 Skydio 提供。 設計無人機是一種權衡的過程。 擁有高强度結構的無人機會比較重,飛行時間不如輕型無人機;輕型無人機無法擁有自主運行所需的計算能力,因此需要有持續迭代升級,以取得最好的性能平衡。 “我們在無人機上進行了大量計算來支持自主飛行。 每個決定都是性能權衡,會影響每一個硬件和電子設備。”進行迭代升級時,需要對零件做極其微小的修改以其續航或抗衝擊性,硬件團隊需要在夜晚進行打印,從而能夠更快地進行迭代升級。 “通過 3D 打印的速度,我們可以讓無人機可以做到性能的平衡。 我們可比較兩種細微差別的零件。” Eric Weinhoffer,高級硬件開發專家
Skydio 能夠快速完成重量,速度與續航之間的平衡和測試,這使他們能夠按時完成生產工作。 Skydio 中標了美國政府的一個項目,原因是他們能快速開發並生產硬件,這在一定程度上要歸功於他們的 Formlabs 打印機。 “我們無法控制日期——我們一起開發硬件和軟件是非常重要的。 零件交貨時間對我們來說是最大的限制。 Form 3+ 可不間斷地運行,然後我們需要改進的零件就可以被打印出來,”Weinhoffer 說道。
Skydio 硬件開發團隊將 SLA 機器堆疊起來並易於訪問,以便打印機可以連續運行,幫助團隊幾乎不斷地進行原型設計和測試。 照片由 Skydio 提供。
最終設計和功能測試
在外部測試環境中,擁有可以模擬注塑或機加工零件的堅固性和耐用性以及強度和剛度的3D 打印零件至關重要。他們依靠 Formlabs 機器進行功能測試最終階段原型設計。 “SLA 很有幫助,因為它關鍵在於盡可能快地接近生產部件的速度和能力。 擁有接近生產材料特性的零件是令人難以置信的,”Weinhoffer 說。
Skydio 使用 Rigid 4000 Resin 來平衡耐熱性、抗衝擊性和強度,同時使用 Tough 2000 Resin 來實現與註塑塑料的相似性。 透明樹脂的表面透明度對於在檢查階段使用至關重要,如查看電線如何在電子設備密集的無人機中佈線。 對於快速加工應用或對新墊圈和密封設計進行功能測試,團隊使用Elastic Resin 或 Durable Resin.。
“Formlabs 零件看起來和摸起來都像實心模製零件。 最重要的屬性就是Formlabs的零件性能都非常接近零件最終生產的狀態。它們可以讓我們的設計師更好地了解某些東西的性能或重量,以便進行跌落測試或飛行prototypes 。” Eric Weinhoffer,高級硬件開發專家
多種的材料功能性測試
強度對於測試固定裝置來說很重要。 該團隊使用Form 3+ 打印機測試無人機組件的強度,以利用 Rigid 4000 Resin 的機械強度或 Tough 2000 Resin 的抗衝擊性。
在無人機開發的射頻 (RF) 測試階段,團隊將無人機部件放置在天線測量室中,以消除外部無線電波。 他們需要一個堅固的固定裝置來將零件固定在機器人轉盤上,但不能使用金屬,因為它會破壞實驗。 Weinhoffer 設計了一個固定裝置,並用 Rigid 4000 Resin 打印出來,將其固定在腔室上,並確保天線正確對準以進行測試。
在 RF(射頻)室中,3D 打印固定裝置將最終使用部件固定到位。 金屬的固定夾具既昂貴又會干擾測試,因此按需 3D 打印零件是不可或缺的,例如用 Rigid 4000 Resin 打印的零件。 照片由 Skydio 提供。
在另一個例子中,團隊需要找到一種在內部製作橡膠隔振器原型的方法,但向供應商請求軟部件的變化既昂貴又耗時。 受到 Formlabs 的啟發,硬件開發團隊打印了多個模具母版,用於測試幾種不同設計的隔振能力。
“Formlabs最大的優勢是樹脂的材料套件的數量和材料性能。” Eric Weinhoffer,高級硬件開發專家
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