机场,农田得力帮手,3D打印猎鹰仿生无人机尽显风采

材料加工人 2023-05-22
2379 字丨阅读本文需 7 分钟

看着人畜无害的鸟儿,对人类的影响还是蛮大的,它们会破坏农田,撞坏农业设施。最麻烦的还是对机场和飞机的干扰,它们会撞击飞机,轻则造成飞机破损,重则引发航空事故。目前,每年全世界因为鸟儿造成的机场损失高达数十亿美元。鸟形无人机的诞生为这些难题提供了很好的解决思路。

2023年3月7日,荷兰技术公司The Drone Bird Company正采用3D打印技术来辅助其鸟形无人机的生产。该公司正在借助增材制造技术以及3D打印机制造商EOS和EOS的子公司AdvancedLaser Materials(ALM)以及增材制造服务提供商Partson Demand的专业知识,实现更快的交付时间和更低的生产成本,同时还能拥有更大的设计通用性。这种合作意味着,The Drone Bird Company可以更快地推出更多的产品,并能够更灵活地满足不同客户的需求。

EOS的选择性激光烧结(SLS)技术与ALM的PA 640-GSL轻质碳材料相结合,可以实现无人机机身和各种盖板的3D打印。Drone Bird被设计成精确模仿猛禽的样子,主要用于鸟类防控,在农业和航空等多个行业都有应用。

在接受Parts on Demand采访时,Drone Bird公司的首席执行官Jan-Willem Van den Eijke声称:“增材制造使我们能够在材料、形状和壁厚方面进行开拓,例如,我们可以更快地改变设计。这促进了Drone Bird的快速发展,我们可以对具体问题和应用作出更迅速的反应。”

Drone Bird的主要应用

无人机原型最初是为支持Twente学生NicoNijenhuis的硕士论文课题而设计的,其实用性和成功性使其很快成为一个成熟的商业化产品。Drone Bird的主要是应用于航空业的鸟类防控措施。根据联邦航空协会(FAA)的报告,鸟类撞击和干扰每年造成高达5亿美元的损失,仅在2021年就发生了15400次撞击。这种无人机的仿猎鹰外形设计十分逼真,使其在阻止野生动物和鸟类种群在机场上出现方面特别有效。由于无人机的真实性,鸟类会做出本能的反应,而且会加深这种躲避本能。因此,Drone Bird可以在指定地点提供长期和可持续的驱鸟措施。

使用增材制造来优化开发和生产

Drone Bird最初是用玻璃纤维和环氧树脂手工制作的。然而,在整个无人机的最初制造和生产过程中,这一过程变得明显低效,并被认为是在降低利润率。因此,为了优化生产过程,Parts on Demand和ALM合作,提供增材制造和热塑性塑料快速成型(RP)的研究和开发方面的专业知识。

ALM PA 640-GSL,一种基于PA12的碳纤维和玻璃填充材料,常被用来生产3D打印部件。这种材料具有高强度和刚度、高热稳定性、浮力、高质量的太阳鱼饰面和细节,而且每次平均建造的材料减少10%。因此,这种材料所3D打印的部件不仅足够耐用,可以抵御恶劣的天气和环境条件,而且由于每次构建所需的材料较少,制造成本也较低。

通过使用ALM PA 640-GSL,结合EOS P 396 SLS 3D打印机,Drone Bird公司已经能够加速开发阶段,并以更高的精度生产零件。事实上,制造和测试部件的速度使得部件的原型制作更加迅速。此外,在将3D打印融入生产过程后,该公司现在可以考虑和测试不同的增材制造材料。这使该公司能够迎接新的挑战,追求产品的新颖理念,同时保留形状、材料属性和壁厚方面的设计自由。

3D打印鸟类无人机的应用领域

1、驱赶机场鸟群效果优于其他方法

据介绍,尽管飞机和发动机的设计能够承受与鸟类的碰撞,但一旦撞击多只鸟,或者是撞击到某只大型鸟类,飞机仍然可能会出现严重问题。

数据显示,鸟击使航空业每年损失约12亿英镑,同时也给人类带来了极大危险。2009年,一架美国航空公司的飞机在起飞后不久撞上一群加拿大鹅,被迫紧急迫降,所幸,所有乘客和机组人员都幸免于难。

目前赶走鸟类的常规方法包括向鸟群照射激光、使用烟火以及播放鸟类求救信号。但随着时间推移,鸟群慢慢开始习惯这些方法,并对此产生“免疫”,很快重新返回原来的地方。

经实验对比,3D打印鸟类无人机在驱赶乌鸦、海鸥、椋鸟等鸟群方面的表现优于其他方法。

2、安装热传感器,预防森林大火

2021年,斯坦福大学的一个工程师团队成功建造了一个带有小型爪子的机器人,不仅可以模仿鸟类飞行,还能像鸟一样栖息在树枝上。

“不管哪种天气条件下,各种鸟类几乎都能栖息在任何树枝上。他们能够很容易地调整飞行姿势,然后停到树上。对它们来说,就没有难停的着陆点。”项目组成员威廉罗德里克说道,“不过要模仿鸟类的飞行和栖息方式并不容易。它们经过经过数百万年的进化,才使得飞行和着陆看起来如此简单。”

研究团队选择了一种小型的鹦鹉作为研究对象,将其带到了一个受控环境中,里面有使用不同材料制作的多种形状和大小不一的栖木。然后用5台摄像机拍摄鹦鹉在栖木之间如何飞行和着陆。栖木上还安装了传感器,可以捕捉每次起飞和着陆相关的力。

在收集了足够的数据后,研究团队设计了一种模仿鸟腿的结构,并3D打印了出来。前后进行了20多次点测试和修改后,才做出了最终版。

这是一种四足无人机,目前被称为定型自然启发式空中抓取器 (SNAG)。在森林中,它能够像鸟类一样降落在不同的树枝上。

罗德里克表示,这种机器人可以用来研究自然,也可以安装热传感器,用来检测森林,预防森林火灾。

3、保护农田

农业行业是使用这些无人机的另一个关键部门。看着人畜无害的鸟儿却会破坏农田,撞坏农业设施。每年,鸟类给荷兰农业部门造成的损失超过9000万欧元。为此,人类采取了多种方式来驱赶鸟儿:稻草人、驱鸟车、驱鸟剂、风力驱鸟器、超声波驱鸟器、自动激光驱鸟器、探鸟雷达等。不过这些方法都有不足道的地方,要么效果一般,要么对鸟儿会造成伤害。

因此,这种无人机所展现出的强大驱鸟效果,对农业部门的人特别有吸引力。此外,在Drone Bird无人机上上增加一个高清摄像头后,还可以用来监测牲畜,阻止捕食者,以及远程检查灌溉系统。

3D打印无人机

商业无人机地市场在不断增长,这对于增材制造公司来讲是一个可以开发的有价值的市场。例如,DroneIndustry Insights指出,美国的无人机总投资价值从2020年的24亿美元增加到2021年的70亿美元,几乎增加了两倍。

2021年,农业技术初创公司Dragontech开始利用增材制造技术开发基于无人机的数据收集平台,以帮助农民监测和识别田地中的问题。该公司利用MakerBot 3D打印机来设计和制作原型部件,这些部件可以用来将其系统集成平台附加到现成的无人机上。Dragontech创始人Mel Wieting称:"我们希望能够将几乎所有类型的传感器整合到无人机上,并将其全部整合到一个开箱即用的平台上,这样任何人都可以使用它。"

在其他地方,英国皇家空军(RAF)从2022年开始开发一个包含3D打印无人机的空中攻击单元。这些无人机配备了弹药,可以作为蜂群部署,摧毁指定目标。据报道,该计划耗资400万英镑,还开发了一种名为 "Pizookie "的3D打印双刀装置。英国现任空军总司令迈克-威格斯顿爵士声称,这些3D打印的无人机在压倒和迷惑敌人的防空系统方面具有巨大的潜力。

文章来源: 3D科学谷,云3D打印爱好者,白令三维3D打印,极目新闻

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