3D打印加持仿生學,絢麗的蛛網分區讓空客的飛機成功"瘦身"
3D打印技術的進步釋放了設計師的想象空間。他們可以突破傳統工藝的限制,在自然界尋找合適的材料來打印想要的物品,賦予其最優化的外形、最高的強度,同時又保證最少的浪費。
空客希望設計一個更輕質的、可以3D打印的客艙區域。設計師們的靈感來自生物界,他們最終用3D設計軟件和3D打印創造了一個復雜的格子架,這個格子架仿照動物骨骼的結構搭建。
這件產品采用一種被稱為scalmalloy的新型超強、輕質合金材料使用直接金屬激光燒結成型技術3D打印而成的,將用于空客飛機。據說這是空客第一次將金屬3D打印部件用于飛機機艙的設計。
如下圖所示,根據開發人員的計劃,它將用于分隔客艙后部的廚房區域。雖然聽起來并不復雜,但是里面還要放置急救的擔架,以及可折疊的供乘務員休息的座位。最終這個格子架只有80磅,相比原來的重量減輕了45%。飛機瘦身意味著消耗的燃料更少,每年每一架飛機少排放10噸的二氧化碳。
這個仿生結構的設計思路實際上是將結點像蛛網那樣相互連接,使得材料的用量達到最小。更重要的是,這種結構設計能夠保證如果有多個節點因受到沖擊而斷裂的話,其整體結構還將保持在正確的地方。而且,一個獨立的隔離結構總共需要122件3D打印的部件——它們需要7個批次進行分別打印。研究人員還使用定制的算法為其設計出了蜂窩式結構,這種結構特別適合航空零件的高強度、低重量要求。
空客已經將它注冊為商業用途?湛鸵惨驗檫@項發明獲得了德國聯邦Ecodesign獎,這個獎項是授予那些“環保且美好”的新概念和新產品。空客憑借這項發明從160個海選項目、26個正式提名中脫穎而出。
計算、成像能力的飛躍,加上3D打印技術的進步,讓工程師們可以空前力度地利用仿生學。尤其是金屬3D打印創造很多產品,而這種增材制造的方式本質上也和樹木、骨骼的生成方式很相似:一個單元接著一個單元,并且浪費最少。
通用公司正在為空客和波音生產成千上萬的發動機燃料噴嘴。飛機行業是較早使用3D打印技術的行業之一,因為相比傳統工藝來講,3D打印的產品質量要輕很多。
盡管越來越多的人接受3D打印的觀念,但是目前可以利用自然法則進行設計的工程師依然為數不多。而且,相比于大批量生產的傳統工藝,3D金屬打印的速度仍然較慢,并且成本更高。此外,3D打印的合金在高應力空間比如宇宙空間里會怎么磨合,這方面的知識也還處于初級階段,這也使得監管機構采取了更保守的態度。
歐洲航空安全局的發言人說:“這些新技術,特別是3D打印,不得降低現有的安全水平!
設計者從大自然中尋找靈感并不稀奇。萊特兄弟受到鳥類的啟發發明了飛機,瑞士工程師德梅斯特拉爾看到帶刺的鬼針草種子,發明了尼龍搭扣。但是在沒有3D打印之前,想要復制生物的復雜性往往不可行。
增材制造的過程中,將利用激光或電子束焊接金屬粉末。它可以創造所需的幾乎任何形狀。在傳統工藝中,設計受限于已有的模具和加工機器,而且會消耗多余的材料。
想要完成一個設計,設計師首先分析一些想要達到的參數,比如外形和強度,然后用軟件生成成千山萬的可能結構,然后再打磨設計,達到最優化。這些設計將越來越渾然天成,就像自然界發現的一樣。
惠普新近也入局了3D打印領域。一些3D軟件公司如達索系統等也正在發展3D打印模擬技術。
(責任編輯:admin)