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3D打印有助于构建Nemo Urov

通过莱斯利Langnau|2014年12月29日

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在国家地理创新研究员的帮助下,来自科罗拉多州立大学的工程学生团队和来自坚实概念的加性制造技术构建了一个水下的远程操作的车辆,与此前的任何一个都会很快潜入地球的被遗忘的地方。

洞穴潜水是一个高风险的运动。这是一个独家运动,只保存了世界主潜水员,即使那么少数人愿意或能够采取的风险。因此,水电技术总裁和国家地理创新研究员的Corey Jaskolski致力于开发远程操作车辆的使命,以探索水下洞穴而不是他们的人类同行。他的雄心勃勃的使命涉及创造一个小型,便携,易于组装的水下遥控车辆或UROV。设计所需的制造和工程专业知识成为可能在没有男人或机器人之前去过的车辆。

使用熔融沉积建模制造NEMO(航海探索模块化观察者)的橙色体,该方法通过层挤出加热的ABS热塑性塑料的方法。用选择性激光烧结制造控制表面,另一种添加剂制造工艺制造,其中CO 2激光通过层烧结粉末状尼龙层的床。

Jaskolski主要因他的第一个耐压聚合物锂电池而闻名,该电池在2001年詹姆斯·卡梅隆(James Cameron)的《泰坦尼克号》纪录片《深渊之魂》(Ghosts of the Abyss)的拍摄中为机器人操作提供了便利。Jaskolski曾担任国家地理学会开发海洋成像系统的技术总监。随后,他创立了Hydro Technologies公司,进一步将海洋表面和水下应用技术商业化。

Jaskolski说:“能有新发现或发现新物种的地方很少。”“然而,水下是一个独特的环境。”

在水肺潜水开始前成为可达的运动,深水洞穴勘探仍然存在于周边,留下数十万个神器从地球表面上的地理变化的千年埋藏水下。

水在各大洲的分布不断变化;死者为安抚神灵而被杀害的祭祀景象现在被置于水下,精心保存的墓室正等着被发现。

“这些地方甚至还没有被人洗劫过,”亚斯科尔斯基说。“但现在,随着水肺潜水的增加和深水装备的商业化,休闲潜水员可以穿越水下洞穴,在身后放置一个又一个的氧气罐。每年都有人死去。现在人寿保险会问你是跳伞还是洞穴潜水。我以前从来没填过。”

Jasloski的UROV应该消除这些潜水的一些危险。

目前的ROV,主要用于石油和天然气行业,往往是寻求船舶或飞机船体种植的矿山。这些ROVS是GARGANTUAN SYSTEMS装载带系绳和电线,基于重量的探险家不切实际,更不用说实惠。

“有些伟大的考古团队无法负担目前的urov;他们几乎负担不起去这些地方探险的费用。”“如果我们能让urov更容易获得、更便宜、更便携、更容易复制,并送到合适的人手中,那么我们就能在有生之年做出惊人的发现。”

解决方案
Jaskolski求助于科罗拉多州立大学(CSU)和增材制造公司Solid Concepts,创造了一种紧凑的3d打印UROV。Jaskolski说:“如果所有的东西都必须通过机械加工或成型来制造,而没有设计一次性或两次的自由,这是不可能的。”“它会变成几个月的加工和数十万美元。”

相反,最终的UROV需要几周的时间进行3D打印,并运送出去进行测试。它被亲切地称为NEMO。

NEMO是“航海探索性模块化观察者”的首字母缩写,是当今领先技术和制造工艺的结合。这辆车的亮橙色车身是用3 d打印技术融合沉积建模(FDM),通过层挤出加热的ABS热塑性塑料的方法。用选择性激光烧结(SLS)制造控制表面,另一种添加剂制造方法。SLS使用CO2激光器通过层烧结粉末状尼龙层的床。

首先用立体光刻(SLA)主模式制作NEMO两端清晰的鼻锥。然后使用SLA主模式形成一个硅胶模具,通过quantiumcast cast Urethane过程用聚氨酯铸造。该工艺允许每个螺纹直接铸造到鼻锥,省去了进一步的加工。该过程还使用了一种软工具,大大降低了制造成本。
Jaskolski说:“由于增材制造能力,这款车看起来比我见过的任何一款车都要好。”

NEMO两端清晰的鼻锥首先是用立体平版印刷主模式制作的。这个图案随后被用来形成一个用聚氨酯浇铸的硅胶模具。该工艺允许每个螺纹直接铸造到鼻锥,省去了进一步的加工。

铸造聚氨酯透明鼻锥(14)

迈克尔·哈克(Michael Hake)是CSU设计和建造NEMO团队的首席工程师。Hake说:“Corey [Jaskolski]认为有必要彻底改变现有的水下机器人,因为很多探险家都死在了水下洞穴里。”Hake现在和Jaskolski在Hydro Technologies工作。“NEMO可以做带水肺的潜水员能做的一切,甚至更多。”

传统上,urov使用一个系在水面上的发电机来维持长时间的运行。又粗又重的电线从地面蜿蜒到车辆上,控制着操作。为了保持低电流和避免功率损失,将极大量的电力注入到urov中。哈克和他的团队设计了一种方法,从飞船上而不是通过发电机为飞船提供动力。

Hake说:“旧的水下机器人需要120米长的电缆,直径半英寸,由坚固的钢铁组成,重量非常大。”相反,NEMO是完全由船上的动力驱动的,尽管它仍然被拴在水面上,以保持与地面的通信,用的是一根不到4磅的细光纤电缆。

橙色的FDM 3d打印屏蔽为主压力车提供保护;这是一个至关重要的屏障,因为当NEMO达到低温时,一个小缺口可能会损坏内部机制。外壳还为所有推进器提供一个便于车辆推进的支架。

“这是一个很好的,易于组装的软件包,”哈克说。“伺服和推进器都直接连接到NEMO的外壳,大大减少了部件和手动组装的数量。相反,你可以在不丢失零件的情况下轻松拆卸外壳,并在到达目的地后重新组装。”

NEMO的推进器和伺服系统结合在一起,使UROV更加精确,类似于在一个更小的、水的规模上驾驶无线电或遥控飞机。此外,伺服系统给予NEMO比典型的模型飞机更大的动力。

Nemo完全供应板载,尽管它仍然被束缚在表面上,以保持与薄光纤电缆的通信,其重量少于四磅。该团队使用FDM为Nemo内部构建电子平台。

NEMO可以承受60米以上的深度,在这个深度,大多数潜水大师都会返航;一般的潜水员在40米深的水下会感到舒适。在分析测试中,Hake确定NEMO能够承受190米的压力;然而,在这样的深度,电子元件遭受损坏的风险呈指数级增加。

期待
NEMO将能够从它所处的环境中收集样本,并配备一台摄像机来记录它的旅程。它足够紧凑,便于探险者轻装旅行,在到达指定的湖泊或水下洞穴时易于组装。目前,Hydro Technologies计划在科罗拉多州的高海拔湖泊测试NEMO,由于在高海拔和寒冷地区,减压病(“减压病”)的风险增加,这些湖泊尚未被开发。

坚实的概念
www.solidconcepts.com.

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