顆粒在線訊：2022年5月26日，來自康涅狄格（Concordia University）大學(xué)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(jī)的機(jī)翼制造成本更低、飛行效率更高新的新型4D復(fù)合材料打印方法。

隨著無人機(jī)在航空領(lǐng)域變得越來越被重視，該行業(yè)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(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇新論文，概述了能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)性4D復(fù)合材料打印技術(shù)。對此，Concordia大學(xué)復(fù)合材料中心主任Suong Hoa表示："我們的研究結(jié)果顯示，使用這種機(jī)翼的無人機(jī)可以為小型或中型車輛提供良好的負(fù)載。"

△4D復(fù)合材料打印的無人機(jī)機(jī)翼

更便宜、更高效的無人機(jī)

隨著航空業(yè)面臨越來越大的壓力和審查，以減少其飛行器對環(huán)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(tuán)隊(duì)的研究論文重點(diǎn)關(guān)注一種使無人機(jī)機(jī)翼的制造成本更低、飛行效率更高的方法。特別是，該團(tuán)隊(duì)探索了一種制造無人機(jī)自適應(yīng)順應(yīng)性后緣（ACTE）變形機(jī)翼的新方法，取代了常用的連接在主翼體上的鉸鏈?zhǔn)揭砥?/p>

研究團(tuán)隊(duì)利用了由Hoa開創(chuàng)的4D復(fù)合打印技術(shù)。4D打印指的是當(dāng)一個3D打印物體在水或熱等刺激下將自身轉(zhuǎn)化為另一種結(jié)構(gòu)。最初的3D打印發(fā)生在一個平面上，然后暴露在刺激下，引起反應(yīng)并改變表面形狀。

△SuongHoa，Concordia復(fù)合材料中心主任。照片來自Concordia大學(xué)。

Hoa的復(fù)合材料4D打印技術(shù)依靠的是由樹脂固定一層厚度僅為10微米的長而細(xì)的曲線組合。4D打印機(jī)將樹脂以90度角打印成超薄層，然后壓實(shí)并在180℃的烤箱中固化。然后，這些結(jié)構(gòu)被冷卻到0?C，產(chǎn)生一個堅(jiān)硬但不脆的物體。

這種打印技術(shù)使研究人員能夠創(chuàng)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(jiān)固，足以支持機(jī)翼為實(shí)現(xiàn)飛行機(jī)動性而需要的20度變形。

由此產(chǎn)生的ACTE變形機(jī)翼是由平坦的上下表皮和4D復(fù)合材料打印的波紋芯組成的。據(jù)報道，該機(jī)翼有能力改善空氣動力特性和氣流分離特性，最終導(dǎo)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(jī)翼，這與固定翼飛機(jī)相比將是一個巨大的好處。

雖然這篇論文提出了一個令人信服的案例，可以大大改善無人機(jī)和無人機(jī)的機(jī)翼，但Hoa也看到了4D復(fù)合材料打印技術(shù)的在其他方向的應(yīng)用前景，因?yàn)樗軌蚋奖愕貙?shí)現(xiàn)運(yùn)輸。目前，研究人員正在進(jìn)行進(jìn)一步的工作，以完善機(jī)翼的分析、設(shè)計、制造和測試。

關(guān)于這項(xiàng)研究的更多信息可以在《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)》雜志上發(fā)表的題為："利用復(fù)合材料4D打印的波紋芯為無人駕駛飛行器開發(fā)一種新的柔性機(jī)翼概念/Development ofa new flexible wing concept for Unmanned Aerial Vehicle using corrugated coremade by 4D printing of composites"的論文中找到。該研究的共同作者是S.Hoa, M. Abdali, A. Jasmin, D. Radeschi, V. Prats, H. Faour, and B. Kobaissi。

相關(guān)論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0263822322002380?via%3Dihub