p Uma equipe do Sandia National Laboratories construiu um telescópio para demonstrar como projetar para a manufatura aditiva, conhecido como impressão 3-D, para aproveitar os pontos fortes e fracos da técnica. p O projeto de pesquisa e desenvolvimento dirigido por laboratório de Sandia de três anos provou a viabilidade de usar a manufatura aditiva como uma ferramenta de design totalmente nova, muito diferente da técnica padrão de passar do desenho à mão para o projeto assistido por computador para usinagem de peças, disse Ted Winrow, um engenheiro mecânico que liderou o projeto.

p Em vez de se concentrar na impressão de peças de precisão, o projeto se concentrou em como juntar peças impressas em 3D menos precisas com ferramentas precisas, aproveitando a prototipagem rápida, projeto e fabricação possíveis com manufatura aditiva.

p "Essa é a nuance que parece se perder, que você tem que projetar de forma diferente, "Winrow disse." Não se encaixa em um processo de design padrão. "

p A equipe criou um peso mais leve, telescópio terrestre menos caro em cerca de um terço do tempo de um telescópio tradicional por cerca de um quinto do custo, ele disse. Eles usaram componentes impressos em 3D, design modular e, para o design óptico do telescópio, algoritmos de correção de imagem que também ajudaram a economizar dinheiro.

p A técnica transfere dinheiro de custos recorrentes, "onde cada parte tem que ser precisa, para custos não recorrentes, onde você está apenas comprando um conjunto de ferramentas que pode usar por talvez 10 anos, "Winrow disse." Então, quando você está fazendo execuções de produção, você obtém economia de custos. Você economiza tempo porque não está esperando que cada peça seja feita "por usinagem.

p Tolerâncias exatas versus montagem precisa

p Existem duas maneiras de abordar a construção de qualquer estrutura de precisão:fazer cada peça com tolerâncias exatas para que a montagem seja simples, ou fazer peças mais ásperas e usar um processo de montagem muito preciso que compensa as deficiências nas dimensões.

p A usinagem cria peças com dimensões extremamente precisas, mas não pode ser barato, ou em alguns casos, fazer em tudo, os estranhos designs impressos em 3-D que podem ter vantagens em função e peso. A manufatura aditiva forma o material - polímero, cerâmica ou metal - ao mesmo tempo, cria uma peça. A pesquisa está em andamento sobre como isso afeta as propriedades dos materiais e se as mudanças nas propriedades são importantes para um uso específico.

p Projeto, Contudo, é uma questão separada.

p "Podemos projetar um sistema que não se importe se seu material não for tão bom quanto você esperava? Você pode projetar um sistema que não se importe que suas peças não sejam dimensionalmente precisas?" Disse Winrow. "Se você se tornar insensível às coisas em que esse aditivo não é muito bom, você tira proveito de todas as suas coisas boas. "

p Por exemplo, uma câmera padrão tem uma borda, que deve ser muito preciso porque a posição dessa saliência define exatamente onde a lente fica. O projeto de Sandia, trabalhando com lentes para o telescópio, criou um cilindro reto sem saliências. Em vez de, "Nós seguramos a lente em uma posição muito precisa usando ferramentas muito precisas. Nós seguramos a lente no lugar certo e então injetamos epóxi ao redor dela e a travamos no lugar, "Winrow disse." Podemos fazer peças que são menos precisas no que diz respeito às dimensões por causa do epóxi no processo. É o ferramental que é preciso. "

p Sandia solicitou uma patente para um monolítico, flexura de titânio que faz parte da montagem do espelho telescópico. Uma flexão se refere a uma ampla gama de elementos usados ​​como juntas entre corpos rígidos. O movimento conjunto, linear ou rotativo, é produzido dobrando o elemento. A montagem rígida de metal no vidro não funciona porque os dois materiais se expandem e contraem em taxas diferentes conforme a temperatura muda, e o vidro pode deformar-se ou mesmo rachar.

p Uma flexão age como uma mola, embora não se pareça com uma mola helicoidal. O design de Sandia é aproximadamente cilíndrico, cerca de 2 polegadas de comprimento e 3/4 de polegada de diâmetro, com lâminas de flexão muito finas. Três montagens de flexão anexadas aos espelhos com epóxi, aliviando o estresse de expansão e contração onde os espelhos se prendem a um backbone de fibra de carbono.

p Sandia busca patente para peça desenhada durante projeto

p A equipe de design mecânico de precisão trabalhou no projeto com o designer óptico da Sandia Jeff Hunt e os autores de algoritmos Dennis Lee e Eric Shields. Winrow disse que o design da lente cria uma imagem crua com distorções e outros erros. Os algoritmos de software corrigem certos tipos de erros melhor do que outros, portanto, os erros no design da lente são do tipo que os algoritmos são bons para corrigir, ele disse.

p "O pensamento era que você poderia ter uma óptica menos precisa e corrigi-la com software, essencialmente após o fato. Semelhante a como projetamos o hardware mecânico para ser insensível às deficiências de fabricação de aditivos e tirar proveito de seus benefícios, Jeff otimizou a ótica do sistema para que o software mantivesse as propriedades da imagem e os algoritmos não poderiam ter feito um trabalho tão bom de correção, "Winrow disse." Você poderia obter o mesmo desempenho que teria se gastasse três vezes mais dinheiro em uma óptica melhor. "

p O projeto terminou, mas os projetistas estruturais da Sandia agora estão usando informações dela, ele disse.

p "Era isso que o projeto estava procurando, como essas formas podem torná-lo mais rápido, mais barato e igualmente bom, "Winrow disse." Se você falar sobre coisas que você pode desistir, coisas que você pode compensar após o fato, abre domínios no lado do design. "