Figure Engineering 如何為美國國防部開發先進的 SLA 材料

美國國防部（DoD）每一架噴射機每飛行一小時，就需要約 12 小時的維護。儘管維護、修理和大修（MRO）作業對確保每架飛機安全運行並達到最高性能水準至關重要，但由於其手動性質和採用的傳統工藝，這些作業往往耗時較長。

國防部始終在尋求改善這些作業、讓工作流程更高效的方法——Figure Engineering 通過利用 Formlabs 的新開放生態系統，開發出了一種創新且經濟實惠的解決方案。

Figure Engineering 充分利用 Formlabs Form 4 立體光刻（SLA）3D 列印機的速度，開發出一種專門用於電鍍工藝中遮蔽和模具製作的新材料。列印設置編輯器和開放材料模式使 Figure Engineering 聯合創始人 Jonathon McDaniels 和他的團隊能夠調整材料開發流程，為一個價值數百萬美元的問題找到新的解決方案。

骯髒、沉悶、危險：呼喚先進解決方案

手工塗抹遮蔽漆。

手工裁剪膠帶。

手工塗抹遮蔽漆可能很危險，如果使用的材料有毒，操作人員達到暴露限值時，整個項目就必須暫停，可能使飛機停飛更長時間。在電鍍過程中用手工貼膠帶遮蔽某些區域既耗時又費力，而且每個零件都必須重複操作，導致過高的人力成本。

Figure Engineering 主要作為美國國防部各分支機構的承包商開發先進製造和維護解決方案，同時也為私人企業服務。對於美國空軍、海軍和陸軍以及商業航空公司運營的飛機，Figure Engineering 被召來解決維護過程中容易被忽視的領域：噴砂、噴漆、電鍍和塗層。

這些作業被非正式地歸類為「三D」，即骯髒（Dirty）、沉悶（Dull）和危險（Dangerous）。這一稱謂意味著它們比發動機更換或新型翼尖創新等工作更不顯眼、不被理解，但它們對整體飛機性能同樣重要。如果因工作流程低效而導致這些工藝耗時過長，可能影響軍事備戰狀態、增加大量運營成本，而且由於經常涉及有毒化學品，還可能影響 MRO 操作人員的安全。

Figure Engineering 專門尋找創新解決方案，使這些工藝更安全高效，多年來一直與美國空軍的維修站合作。「最好的解決方案需要與工藝負責人密切協作。他們最了解自己的挑戰所在。對於電鍍工藝，他們說：『我無法足夠快地讓這架飛機出廠，而且我們產生了大量廢料，』」McDaniels 說。

問題所在：飛機電鍍工作流程

被遮蔽的零件浸入電鍍浴中。

最困難、最耗時的飛機 MRO 工藝之一是大型起落架組件的電鍍。工作流程包括在強腐蝕性化學品浴中處理，以及手工刷漆可去除漆料或貼膠帶遮蔽不需要電鍍的區域，耗費數小時繁重的體力勞動。

「要將塗層送到您想要的地方，並遠離您不想要的地方，這一過程非常繁重、單調且昂貴。維修站希望有一種方法來減少這種手動工作時間，轉而開發可以夾上或螺接的遮蔽工具，」McDaniels 說。

然而，當 Figure Engineering 開始設計和製作電鍍遮蔽工具的原型時，他們遇到了一系列複雜問題。「我們在做初步研究時發現，沒有任何東西能夠承受電鍍工藝中使用的強腐蝕性化學品，」McDaniels 說。

在嘗試了幾種 FDM 和 SLS 3D 印表機列印的零件後，團隊意識到他們需要完全緻密、無孔的零件。電鍍工藝中使用的化學品能夠滲入 FDM 和 SLS 3D 列印的零件，當它們從浴中取出時，會繼續從表面滲出有毒化學品。樹脂列印是解決方案，雖然 Figure Engineering 嘗試了多台 3D 印表機，但其中一台脫穎而出。

McDaniels 從 Form 3+ 開始，利用開放材料模式調整列印設置並迭代客製配方。Form 4 推出後，迭代過程大幅加速，客製樹脂配方的開發速度也隨之提升。

「Form 4 推出時，我們遇到的很多問題一夜之間消失了。Form 4 在列印這些非常難以列印的材料方面是一個巨大的突破。我們正在突破聚合物積層製造的邊界，讓這些材料能夠承受電鍍過程，」McDaniels 說。

使用 Formlabs 開放生態系統開發獨特材料

Figure Engineering 客製開發的材料使高耐化學性、堅固且可重複使用的遮蔽工具得以製作，例如這個可以直接螺接到需要電鍍的大螺栓上的工具。

Form 4 給了 Figure Engineering 所需的助力——每天可嘗試的迭代數量增加了三倍，帶來了更快的反饋，並讓他們能夠在更短的時間內嘗試更多列印參數，以找到完美的設置。快速的列印速度讓 Figure Engineering 團隊能夠做到比以前多一倍以上的測試，但正是對列印設置的訪問使創建全新、功能完備且技術先進的材料成為可能。

「沒有開放材料模式和編輯列印設置，我們根本無法起步，」McDaniels 說。開發新材料和調整列印設置需要了解每個設置對結果的影響。McDaniels 在化學工程方面的背景在他與 Formlabs 團隊合作微調某些工藝時發揮了重要作用。

「編輯列印設置相當直觀。了解印表機如何工作、樹脂如何填充和支撐第一層等方面——對這些有指導說明。讓數值進入正確範圍，然後列印就開始按照預期進行了。一旦了解了這些，設置的使用就變得輕鬆，」McDaniels 說。

降低人力和成本

為這個金屬螺栓手工製作遮蔽工具每個成本約 250 美元，而使用 Resist™ 材料列印內置螺紋特徵的遮蔽工具每個成本僅 5 美元。

這個大型零件的材料和施工費用約 550 美元，而傳統手工遮蔽工藝的成本在 2000 至 4000 美元之間。

為電鍍遮蔽零件開發樹脂需要獨特的材料特性，這些特性在任何現有系統上都無法獲得。Formlabs 為 Figure Engineering 提供了一個基礎平台用於研究——快速可靠的 3D 印表機、對列印設置和軟體的訪問，以及隨時準備與 McDaniels 和團隊支持和協作的團隊。

Figure Engineering 開發的客製配方已在美國空軍的一個 MRO 維修站推廣應用。一旦遮蔽零件完成設計和列印，它們在遮蔽工藝中的應用可大幅減少準備飛機組件進行電鍍所需的時間。「整個目標是讓操作人員在這個工藝中減少手動工作時間，儘量遠離化學浴，」McDaniels 說。

每個 3D 列印零件可重複使用多達 20 次電鍍循環；相比之下，漆料和膠帶是一次性的——電鍍車間每年消耗數百萬美元的漆料和膠帶。雖然 3D 列印的設計、列印和後處理需要一些時間，但設計可以在各部門、維修站甚至各軍種之間共享，使任何需要電鍍組件的飛機都可能使用相同的設計並按需列印。此外，3D 列印遮蔽工具可以批量生產，儲存備用。遮蔽是電鍍工藝中的一個主要瓶頸，改用 3D 列印遮蔽工具可以消除這個瓶頸。

前景廣闊

第一階段：可行性 / 第二階段：開發 / 第三階段：首件示範

Figure Engineering 與 Formlabs 的合作證明，解決重大複雜問題的方案可以通過協作最快找到。Figure Engineering 的化學工程專業知識和對問題的深入理解至關重要，但他們需要的不僅是一台 3D 印表機——他們需要在一個強大的 3D 列印平台內獲得訪問和支持。

Formlabs 的開放生態系統和開放材料模式使 McDaniels 和他的團隊能夠為國防部創造全新的材料和工作流程，有望為他們節省數百萬美元的材料和人力成本，並提高全國 MRO 維修站技術人員的安全性。

「沒有開放材料模式，我們的工作根本無法實現，」McDaniels 說。「這實際上改變了我們對未來新項目的思考方式。這不會是我們開發的最後一種 3D 列印材料。我們正在與其他國防部門甚至商業私人航空公司合作。開放材料模式是我們獲得這些機會的途徑。」