絢麗的3D打印仿生蛛網(wǎng)分區(qū)讓空客飛機更輕便

由于比傳統(tǒng)工藝更為靈活和經(jīng)濟，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)的進步釋放了設(shè)計師的想象空間。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、最高的強度，同時又保證最少的浪費。

空客希望設(shè)計一個更輕質(zhì)的客艙區(qū)域，他們最終用3D設(shè)計軟件和3D打印創(chuàng)造了一個復雜的格子架，這個格子架仿照動物骨骼的結(jié)構(gòu)搭建。

這件產(chǎn)品采用一種被稱為scalmalloy的新型超強、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。據(jù)說這是空客第一次將金屬3D打印部件用于飛機機艙的設(shè)計。

如下圖所示，根據(jù)開發(fā)人員的計劃，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(jié)構(gòu)的設(shè)計思路實際上是將結(jié)點像蛛網(wǎng)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(jié)構(gòu)設(shè)計能夠保證如果有多個節(jié)點因受到?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，一個獨立的隔離結(jié)構(gòu)總共需要122件3D打印的部件——它們需要7個批次進行分別打印。研究人員還使用定制的算法為其設(shè)計出了蜂窩式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特別適合航空零件的高強度、低重量要求。

空客已經(jīng)將它注冊為商業(yè)用途。空客也因為這項發(fā)明獲得了德國聯(lián)邦Ecodesign獎，這個獎項是授予那些“環(huán)保且美好”的新概念和新產(chǎn)品�？湛蛻{借這項發(fā)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(shù)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(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(chǎn)成千上萬的發(fā)動機燃料噴嘴。飛機行業(yè)是較早使用3D打印技術(shù)的行業(yè)之一，因為相比傳統(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行設(shè)計的工程師依然為數(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(jiān)管機構(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：中國指揮與控制學會