國際新研發：復合材料無人機機翼4D打印技術
2022年5月26日，來自康涅狄格（Concordia University）大學的研究人員提出了一種能夠使無人駕駛飛行器（UAVs）和無人機的機翼制造成本更低、飛行效率更高新的新型4D復合材料打印方法。隨著無人機在航空領域變得越來越被重視，該行業正面臨著降低開支同時提高性能效率的雙重壓力。為此，Concordia大學團隊發表了一篇新論文，概述了能夠實現這些目標的實驗性4D復合材料打印技術。對此，Concordia大學復合材料中心主任Suong Hoa表示："我們的研究結果顯示，使用這種機翼的無人機可以為小型或中型車輛提供良好的負載。"
4D復合材料打印的無人機機翼
3D打印無人機
雖然無人機是一個相對較新的市場，但它在航空界是處于一個不斷上升的位置。在過去的幾年里，增材制造已經被用于設計和生產無人機的優化組件，而且成本較低。例如，金屬3D打印機開發商Titomic在2018年與TAOV簽署了生產無人機士兵系統和傳感器協議，緊接著在第二年年就通過其Titomic Kinetic Fusion（TKF）技術開發了號稱尺寸大的3D打印鈦合金無人機。緊隨其后，金屬3D打印機開發項目Aeroswift成功地3D打印了一個大尺寸的鈦合金無人機機身，而Kongu工程學院的工程師們則以增材方式制造了一個微型藍牙控制的無人機，能夠在秘密軍事行動中躲避追捕。
近，射頻產品開發商Optisys公布了新一代用于高空無人機的3D打印輕型部件，包括可用于太空的天線和雷達部件。3月，Hypersonix發射系統公司被澳大利亞政府授予295萬美元，用于資助開發使用3D打印技術的氫動力無人機。
更便宜、更高效的無人機
隨著航空業面臨越來越大的壓力和審查，以減少其飛行器對環境的影響，研究人員正在不斷尋找降低成本的方法，同時提高部件效率。Concordia團隊的研究論文重點關注一種使無人機機翼的制造成本更低、飛行效率更高的方法。特別是，該團隊探索了一種制造無人機自適應順應性后緣（ACTE）變形機翼的新方法，取代了常用的連接在主翼體上的鉸鏈式翼片。研究團隊利用了由Hoa開創的4D復合打印技術。4D打印指的是當一個3D打印物體在水或熱等刺激下將自身轉化為另一種結構。初的3D打印發生在一個平面上，然后暴露在刺激下，引起反應并改變表面形狀。
Hoa的復合材料4D打印技術依靠的是由樹脂固定一層厚度僅為10微米的長而細的曲線組合。4D打印機將樹脂以90度角打印成超薄層，然后壓實并在180℃的烤箱中固化。然后，這些結構被冷卻到0?C，產生一個堅硬但不脆的物體。
這種打印技術使研究人員能夠創造出一段具有均勻曲率的材料，夾在翼片的上下表面之間。因此，該材料既靈活又堅固，足以支持機翼為實現佳飛行機動性而需要的20度變形。由此產生的ACTE變形機翼是由平坦的上下表皮和4D復合材料打印的波紋芯組成的。據報道，該機翼有能力改善空氣動力特性和氣流分離特性，終導致燃油效率的提高。Hoa說："我們的想法是擁有一個能在飛行過程中輕松改變其形狀的機翼，這與固定翼飛機相比將是一個巨大的好處。
