桑迪亞國家實驗室以一種新的方式研究3D打印望遠鏡

近日,，一個桑迪亞國家實驗室的團隊通過熟悉的3D打印建立了一個望遠鏡，演示如何通過增材技術(shù)設(shè)計制造產(chǎn)品,，以本次設(shè)計顯示該技術(shù)的長處和短處,。在桑迪亞為期三年的實驗室開發(fā)和研究項目中證明了把增材技術(shù)制造作為一種全新的設(shè)計工具的可行性，Ted Winrow 領(lǐng)導(dǎo)該實驗項目,，其中從手繪到電腦輔助設(shè)計到加工零件的標準技術(shù)與傳統(tǒng)方案是截然不同的,。

該項目的目的是如何將精度較低的3D打印零件和精密工具放在一起，而不是將精力放在打印精密零件上,，總之利用增材制造技術(shù)進行快速設(shè)計和制造低精度產(chǎn)品部件,。

Winrow說：“與傳統(tǒng)設(shè)計相比有細微區(qū)別，你必須設(shè)計不同的方案,，并且該方案還沒有插入標準的設(shè)計過程,。”他說：“在傳統(tǒng)制造的望遠鏡的三分之一時間內(nèi),，該團隊制造了一個重量更輕,，價格更便宜的地面望遠鏡，其成本約為傳統(tǒng)制造成本的五分之一,，他們使用3D打印元件和模塊化設(shè)計,，并為望遠鏡光學(xué)設(shè)計提供圖像校正算法,，這些統(tǒng)統(tǒng)有利于節(jié)省資金�,！�

該技術(shù)從重復(fù)性成本中節(jié)約資金,，Winrow補充道：“產(chǎn)品部件的每一個部分都必須精確，其生產(chǎn)費用不是一次性的（每件產(chǎn)品需通過機械加工）,，這樣你只需購買一套你可以使用10年的工具,，所以當你進行生產(chǎn)時,，你可以節(jié)省成本,。同時您也節(jié)省了時間，因為您不需要等待每件產(chǎn)品通過機械加工,�,！�

精確的公差與精確裝配

有兩種方法可以構(gòu)建任何精密結(jié)構(gòu)：將每件材料制成精確的公差，以便裝配的簡單化,，或著制作粗糙的零件,，并使用非常精確的裝配工藝來彌補尺寸的不足。

機械加工可以制造出尺寸極其精確的零件,，但它不能便宜地制造出產(chǎn)品或著這些產(chǎn)品是在某些情況下是功能和重量方面具有優(yōu)勢的復(fù)雜3-D打印產(chǎn)品,。增材制造技術(shù)可以形成材料聚合物、陶瓷或金屬,，同時它也能創(chuàng)建一個零件�,，F(xiàn)在正在研究該技術(shù)如何影響材料的特性以及特性變化是否在特定用途中起作用。

由Sandia國家實驗室團隊使用增材制造技術(shù)創(chuàng)建望遠鏡的詳細視圖,。 來自：桑迪亞國家實驗室

Winrow說：“我們可以設(shè)計一個不關(guān)心你的材料是否不如你預(yù)期的那么好,？不關(guān)心你的零件不是尺寸精確的系統(tǒng)嗎？如果你讓該系統(tǒng)對增材制造精度不敏感,，那么你就會充分利用增彩制造技術(shù)的所有優(yōu)點,。”

例如,，標準相機有一個凸緣,，它必須非常精確，因為該凸緣的位置確定了鏡頭所在的位置,。桑迪亞的項目,，創(chuàng)造了一個與望遠鏡鏡頭一起工作的沒有窗臺的直筒。然而Winrow說：“我們使用非常精密的工具將鏡頭保持在非常精確的位置,。 我們將鏡頭放在正確的位置,，然后在其周圍注入環(huán)氧樹脂并將其固定到位，由于過程中的環(huán)氧樹脂幫助固定鏡頭位置,，我們可以制造尺寸不太精確的零件,。 但這個整體是精確,。”

桑迪亞申請專利,，設(shè)計望遠鏡鏡架的一部分,，整體鈦制曲面。彎曲是指像剛性體之間的接頭一樣使用的廣泛的元件,。連接,、線性或旋轉(zhuǎn)運動，是通過彎曲元件產(chǎn)生的,。將金屬剛性件安裝到玻璃上不起作用,，因為這兩種材料隨著溫度的變化以不同的速率膨脹和收縮，并且玻璃可能變形甚至破裂,。

盡管它看起來不像螺旋彈簧,，但彎曲的作用就像彈簧一樣。桑迪亞的設(shè)計大致為圓柱形,，長約2英寸,，直徑為0.75英寸，彎曲葉片非常薄,。三個彎曲安裝座用環(huán)氧樹脂固定在反射鏡上,，緩解反射鏡與碳纖維主干連接處的膨脹和收縮應(yīng)力。

  

使用增材制造技術(shù),，桑迪亞國家實驗室團隊使用望遠鏡拍攝的原始圖像,，軟件校正得到清晰，清晰的圖像,。 來自：桑迪亞國家實驗室

Sandia為項目期間設(shè)計的部件尋求專利

精密機械設(shè)計團隊邀請Sandia光學(xué)設(shè)計師Jeff Hunt,、算法大家Dennis Lee和Eric Shields一起工作。Winrow表示,，鏡頭設(shè)計會產(chǎn)生扭曲和其他錯誤的原始圖像,。軟件算法比其他算法更好地修正這種類型的錯誤，因此鏡頭設(shè)計中的錯誤是算法擅長糾正的類型,。

Winrow說：“這個想法是你可能沒有那么精確的光學(xué)系統(tǒng),，并且圖像基本上是在事實之后用軟件進行校正的。這與我們設(shè)計機械硬件對增材制造缺陷不敏感系統(tǒng)并利用其優(yōu)點相似,，Jeff對系統(tǒng)的光學(xué)部件進行了優(yōu)化,，使軟件保持了算法無法完成的圖像屬性。現(xiàn)在您花費傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)三分之一的錢,，但你可以獲得與傳統(tǒng)光學(xué)相同的性能,。”

他說，該項目已經(jīng)結(jié)束,，但桑迪亞結(jié)構(gòu)設(shè)計師現(xiàn)在正在使用從該項目得到的信息,。

Winrow總結(jié)道：“這就是該項目所展示增材制造如何使其更快，更便宜的形成產(chǎn)品,，如果事實上就你可以放棄的東西你可以通過其他方案進行彌補,，它（該思想）會在設(shè)計方面開辟領(lǐng)域�,！�

來源：材料科技在線