絢麗的3D打印仿生蛛網(wǎng)分區(qū)讓空客飛機(jī)更輕便

由于比傳統(tǒng)工藝更為靈活和經(jīng)濟(jì)，3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了許多企業(yè)的青睞，3D打印技術(shù)的進(jìn)步釋放了設(shè)計(jì)師的想象空間。他們可以突破傳統(tǒng)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(yōu)化的外形、最高的強(qiáng)度，同時(shí)又保證最少的浪費(fèi)。

空客希望設(shè)計(jì)一個(gè)更輕質(zhì)的客艙區(qū)域，他們最終用3D設(shè)計(jì)軟件和3D打印創(chuàng)造了一個(gè)復(fù)雜的格子架，這個(gè)格子架仿照動(dòng)物骨骼的結(jié)構(gòu)搭建。

這件產(chǎn)品采用一種被稱為scalmalloy的新型超強(qiáng)、輕質(zhì)合金材料使用直接金屬激光燒結(jié)成型技術(shù)3D打印而成的，將用于空客飛機(jī)。據(jù)說這是空客第一次將金屬3D打印部件用于飛機(jī)機(jī)艙的設(shè)計(jì)。

如下圖所示，根據(jù)開發(fā)人員的計(jì)劃，它將用于分隔客艙后部的廚房區(qū)域。雖然聽起來并不復(fù)雜，但是里面還要放置急救的擔(dān)架，以及可折疊的供乘務(wù)員休息的座位。最終這個(gè)格子架只有80磅，相比原來的重量減輕了45%。飛機(jī)瘦身意味著消耗的燃料更少，每年每一架飛機(jī)少排放10噸的二氧化碳。

這個(gè)仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路實(shí)際上是將結(jié)點(diǎn)像蛛網(wǎng)那樣相互連接，使得材料的用量達(dá)到最小。更重要的是，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠保證如果有多個(gè)節(jié)點(diǎn)因受到?jīng)_擊而斷裂的話，其整體結(jié)構(gòu)還將保持在正確的地方。而且，一個(gè)獨(dú)立的隔離結(jié)構(gòu)總共需要122件3D打印的部件——它們需要7個(gè)批次進(jìn)行分別打印。研究人員還使用定制的算法為其設(shè)計(jì)出了蜂窩式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特別適合航空零件的高強(qiáng)度、低重量要求。

空客已經(jīng)將它注冊(cè)為商業(yè)用途�？湛鸵惨�?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)明獲得了德國(guó)聯(lián)邦Ecodesign獎(jiǎng)，這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是授予那些“環(huán)保且美好”的新概念和新產(chǎn)品。空客憑借這項(xiàng)發(fā)明從160個(gè)海選項(xiàng)目、26個(gè)正式提名中脫穎而出。

計(jì)算、成像能力的飛躍，加上3D打印技術(shù)的進(jìn)步，讓工程師們可以空前力度地利用仿生學(xué)。尤其是金屬3D打印創(chuàng)造很多產(chǎn)品，而這種增材制造的方式本質(zhì)上也和樹木、骨骼的生成方式很相似：一個(gè)單元接著一個(gè)單元，并且浪費(fèi)最少。

通用公司正在為空客和波音生產(chǎn)成千上萬的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴。飛機(jī)行業(yè)是較早使用3D打印技術(shù)的行業(yè)之一，因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)工藝來講，3D打印的產(chǎn)品質(zhì)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(jìn)行設(shè)計(jì)的工程師依然為數(shù)不多。而且，相比于大批量生產(chǎn)的傳統(tǒng)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(yīng)力空間比如宇宙空間里會(huì)怎么磨合，這方面的知識(shí)也還處于初級(jí)階段，這也使得監(jiān)管機(jī)構(gòu)采取了更保守的態(tài)度。歐洲航空安全局的發(fā)言人說：“這些新技術(shù)，特別是3D打印，不得降低現(xiàn)有的安全水平。


來源：中國(guó)指揮與控制學(xué)會(huì)