以色列理工學院學生制作的3D打印飛機完成首次試飛

導讀：3D打印用在飛機設計、制造領域的案例越來越多，這其中既包括大型的載人飛機的零部件打印，也包括無人機的制造，總的來講在提高研發(fā)效率和降低制造成本方面的優(yōu)勢已經(jīng)非常明顯。

2020年6月28日，南極熊從外媒獲悉，來自Technion-以色列理工學院的學生和工作人員成功完成了A3TB（主動式空氣彈性飛機試驗臺）的首次試飛，這是一個用于研究飛機動力學和機翼靈活性的實驗裝置。這架無人駕駛飛機完全是3D打印的，并在3月舉行的第60屆以色列航空航天科學年會期間贏得了學生項目競賽。試飛在5月15日進行。

3D打印飛機首次試飛，圖片來自Technion

設計現(xiàn)代飛機

在設計現(xiàn)代飛機時，需要考慮的因素有很多，比如油耗和有害氣體的排放。通常情況下，減輕飛機本身的重量可以帶來可觀的經(jīng)濟和環(huán)境效益，但簡單地去掉一些部件并不總是可行的。相反，可以通過設計的選擇來抵消重力的作用，比如大翼展來減少阻力，增加升力。然而長翼會導致彎曲和結構震顫，因此需要通過模擬和試飛來建立控制機制。

A3TB（主動式空氣彈性飛機試驗臺）

在進行試飛時，墜毀的可能性是存在的，所以試驗臺應該是可重復的，而且價格應該相當便宜。A3TB就是這樣，只需要一臺3D打印機就可以在很短的時間內(nèi)制作出來。它的重量為10公斤，但翼展為3米，允許團隊在飛行過程中評估其性能，以便根據(jù)真實的飛行數(shù)據(jù)設計控制和穩(wěn)定機制。

領導這個項目的Daniella Raveh教授說："成功的飛行標志著研究、測試和設計計劃的起點。我們開發(fā)的概念，以及在3D打印機上打印整架飛機的可能性，為設計飛機提供了相當大的自由度，與復合材料或金屬制成的飛機相比，我們制作的飛機具有巨大的成本優(yōu)勢。由于是測試飛機，預計會在某個時間點墜毀，這些特點使得在不需要大量投資的情況下進行許多改進成為可能。"

5月份的試飛表明，目前的設計能夠在海平面上水平飛行。據(jù)團隊介紹，這次飛行標志著飛機研發(fā)的一個重要里程碑。

Raveh教授最后說："小組目前正在研究一種自動控制機制，將在未來幾個月內(nèi)安裝在第二代飛機A3TB-G2上，我們希望在不久的將來報告更多有趣的結果"。

Daniella Raveh教授和學生們在一起，照片來自Technion

其他3D打印飛機/無人機

近年來，我們看到快速成型制造被越來越多地應用于航天和航空領域。國航空公司（British Airways）指出：“ 3D打印是朝著航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的未來邁出的重要一步，因為打印機所生產(chǎn)的零件既堅固又耐用，與傳統(tǒng)組件一樣，重量減輕了55％。在飛機使用壽命期間，重量每減輕1公斤，最多可以減少25噸二氧化碳的排放�！�

2016年，全球第一架3D打印飛機問世了，空中客車公司成功造出了世界上首架利用3D打印技術制造的飛機Thor，并且在柏林國際航空展上亮相，迷你飛機Thor在周圍多架巨型噴氣機的圍繞下，Thor顯得十分矮小，但是依舊引人注目，因為這架小型空客飛機是全球第一架3D打印飛機。

沒有窗戶，重量只有21公斤，長不到4米，無人機Thor好像是一個大型白色飛機模型。Thor是“高科技目標在現(xiàn)實中的測試”(Test of High-tech Objectives in Reality)的縮寫。

相比于客機，將3D打印用于無人機上顯然更容易實現(xiàn)。在空客的“2016創(chuàng)新日”活動期間，空客“新興技術和理念”負責人Peter Sander向媒體介紹，空客已經(jīng)設計、制造且測試了一架全3D打印無人機。

在Thor生產(chǎn)過程中，唯一沒有使用聚酰胺材料進行3D打印的部分是電子元件。

2019年，長春理工大學光電信息學院機電工程分院的大四學生王鐵霖，利用3D打印技術制造出近千個無人機零件，利用碳纖維cnc加工技術制造了50多件無人機機架，均通過網(wǎng)絡銷售全國。在學校，很多同學都特別喜歡看王鐵霖練習操控無人機。彈射，翻轉……王鐵霖總會用熟練的手法，控制無人機上演讓人意想不到的動作。

上大學后，王鐵霖接觸到了穿越機，也就是專業(yè)的競速無人機，因為接觸到這個領域，他便慢慢開始自學3D打印技術和solidworks三維建模，從而設計出自己喜歡的穿越機機架和零件。他設計的第一架穿越機機架是鐵錨一代，參加了2017年吉林省多旋翼四軸繞標競速，拿到第一名的名次。目前他已經(jīng)完成了鐵錨二代穿越機機架，它的加速能力特別強，推重比特別大，安裝完零件后，兩秒鐘就能達到每小時180公里的極速。此外，他還特意用3D打印技術打出來一個GoPro的支架，二代機架和大量零件目前已經(jīng)通過網(wǎng)絡銷售到各地。第三代鐵錨機架目前還在制造中，其結構更加合理，重量更輕，強度更高，更適合主流的小尺寸攝像頭和小尺寸塔式的飛控和電調(diào)，會有比二代更快的速度和更快的響應。

從高中到大學，王鐵霖能夠堅持研究無人機，離不開母親的支持。除了母親的支持外，王鐵霖還非常感謝他的大學輔導員張永祥。因為張老師非常支持他的愛好，始終幫他與學校溝通，使他現(xiàn)在有了自己獨立實驗室（大學生機械創(chuàng)新基地），業(yè)余時間張老師也會和他一起玩無人機。

3D打印制造飛機、無人機成為新的潮流，尤其在開發(fā)測試階段，具有不可比擬的優(yōu)勢。