3D geprinte drone vliegt na productie weg vanaf het bouwplatform

Studenten van het DREAMS lab van Virginia Tech zijn erin geslaagd een 3D printer annex productie-installatie te bouwen waarop een drone volledig wordt geprint en afgebouwd. Zodra het laatste schroefje is aangedraaid door de robot, vliegt de drone van het printplatform weg.

---

Onmogelijk om een drone volledig te printen? Dat dachten de studenten van het Design, Research, and Education for Additive Manufacturing (DREAMS) Lab, dat geleid wordt door professor Chris Williams, zelf aanvankelijk ook. Drones zijn complexe producten, die uit veel onderdelen bestaan. Sommige onderdelen zoals de batterij en de motor kun je nu eenmaal niet 3D printen. Maar assembleren is weer niet de functie van een typische 3D printer. En als je toch gaat 3D printen, hoe krijg je de drone los op de bouwplaat zodat ie zelf kan wegvliegen?

Is dit de toekomst van additive manufacturing?

3D printkop op een robotarm

De eerste oplossing die de studenten van de Amerikaanse universiteit hebben ontwikkeld, is het integreren van een 3D printkop op een robot. “Door een printkop te koppelen aan meerassige industriële robotarmen krijgen we extra vrijheidsgraden waardoor we eindelijk echt in 3D kunnen printen,” legt professor Williams uit. “In plaats van gewoon een reeks tweedimensionale afdrukken van elke laag te stapelen, stelt de kinematische flexibiliteit van de robotarm ons in staat materiaal in elke richting in de 3D-ruimte te deponeren.” De robotarm bood bovendien de kans om andere gereedschappen te integreren, bijvoorbeeld voor de assemblage van onderdelen die niet geprint kunnen worden. Terwijl de boddy van de drone wordt geprint, plaats de robotarm de onderdelen zoals motor, batterijen en de kabelboom.

Spelen met temperatuur bouwplaat

Maar hoe zorg je ervoor dat de drone tijdens de productie vast op de bouwplaat blijft liggen maar makkelijk los komt als ie gaat vliegen? De oplossing die de studenten hebben bedacht is eigenlijk voor de hand liggend. Geprint wordt op een grote, verwarmde bouwplaat. Als de plaat na het 3D printen enkele graden afkoelt, wordt de hechting zwakker. Zodra de plaat tot een bepaald punt is afgekoeld, kon een eenvoudige mechanische schraper worden gebruikt om de plaat weg te duwen. Deze aanpak werkt. Het studententeam heeft de hele installatie aangepast, onderdelen gemaakt en veel geprogrammeerd voor de robot 3D printer. Na tal van mislukte pogingen is het uiteindelijk gelukt om de robot te printen en direct hierna, zonder tussenkomst, van de bouwplaat weg te laten vliegen.

NASA financiert studentenproject met $75.000

Opschalen voor productie

Ondertussen heeft het studententeam samen met een post doctoraal onderzoeker het hele concept opgeschaald naar een groter formaat robot. “Met wat we hadden geleerd, ontwierpen we de nieuwe cel voor gereedschappen met standaard interfaces en stroomvereisten en ontwikkelden we een besturingssysteem dat elk formaat robotarm kan bedienen”, legt Joseph Kubalak uit, de onderzoeker die het team heeft begeleid.

Toekomst van additive manufacturing

In een volgend project willen de studenten een productiecel maken waarin meerdere robots samenwerken aan één drone. Chris Williams ziet hierin de toekomst van additive manufacturing. “Het is tijd om verder te gaan dan het printen van statische onderdelen in prefab dozen en tijd om na te denken over manieren om 3D-printtechnologie te integreren in geavanceerde productieworkflows om de creatie van echt multifunctionele producten mogelijk te maken.” NASA zou zo’n concept kunnen gebruiken om drones te produceren voor specifieke missies of voor on-demand drone productie. Het studentenproject is niet voor niets door NASA ondersteund met in eerste instantie $75.000 en later nog eens $40.000 door een consortium bedrijven waaronder Boeing, Northtrop Gumman en Stäubli.

Wil je meer weten: hier vind je het artikel dat de studenten gepubliceerd hebben voor peer review

En hier vind je een video over het project