日本福岡九州大學3D打印昆蟲翅膀
時間：2022-01-30 10:16 來源：西安交通大學機械制造 作者：admin 閱讀：次
昆蟲作為地球上數量最多的陸生動物，存在于地球上幾乎所有的環境中。其中，昆蟲出色的飛行能力一直受到特別的關注，比如蜻蜓靈活的機動性和蝴蝶在跨海遷徙過程中的節能飛行。研究人員提出了各種類型的微型撲翼飛行器（MAVs），然而，與真正的昆蟲相比，微型飛行器的能力是有限的。一個主要問題是很難在昆蟲翅膀中再現復雜的機械特性和各種功能。昆蟲翅膀是一種復雜的膜結構，由具有復雜圖案的框架支撐，這會導致復雜的剛度分布和各向異性。它們在拍打時會靈活變形，同時干擾周圍的空氣，產生有用的空氣動力學效應。因此，撲翼的設計和制造比固定翼和旋翼困難得多。此外，大多數昆蟲翅膀具有飛行功能以及折疊和耦合所代表的各種其他功能，翅膀的這些附加功能是昆蟲適應性的關鍵因素。
日本福岡九州大學設計學院的Kazuya Saito團隊研究并提出了一種昆蟲翅膀的整體成形方法，通過3D打印技術直接在薄膜上打印機翼框架形成昆蟲翼型復合結構，其中薄膜和框架使用相同的材料聚丙烯，使其可以很好的粘接在一起。采用基于蜻蜓翅膀中存在的質心Voronoi圖的人工脈理生成算法，設計了復雜的人工翅膀力學性能。此外，他們實現了真實昆蟲翅膀的兩個代表性功能:折疊和耦合。基于甲蟲后翼開發的折痕圖設計軟件可實現任何形狀的可折疊機翼的3D打印。耦合式機翼在飛行過程中，前翼和后翼相互連接形成單個大翼；如圖g，這些翅膀可以像蟬翼一樣被分開或堆積起來。
參考文獻：
Saito, K., Nagai, H., Suto, K. et al. Insect wing 3D printing. Sci Rep 11, 18631 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-98242-y
圖 1. 3D打印昆蟲機翼的仿生設計和制造
日本福岡九州大學設計學院的Kazuya Saito團隊研究并提出了一種昆蟲翅膀的整體成形方法，通過3D打印技術直接在薄膜上打印機翼框架形成昆蟲翼型復合結構，其中薄膜和框架使用相同的材料聚丙烯，使其可以很好的粘接在一起。采用基于蜻蜓翅膀中存在的質心Voronoi圖的人工脈理生成算法，設計了復雜的人工翅膀力學性能。此外，他們實現了真實昆蟲翅膀的兩個代表性功能:折疊和耦合。基于甲蟲后翼開發的折痕圖設計軟件可實現任何形狀的可折疊機翼的3D打印。耦合式機翼在飛行過程中，前翼和后翼相互連接形成單個大翼；如圖g，這些翅膀可以像蟬翼一樣被分開或堆積起來。
參考文獻：
Saito, K., Nagai, H., Suto, K. et al. Insect wing 3D printing. Sci Rep 11, 18631 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-98242-y
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