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《同济大学使用连续碳纤维复合材料 3D 打印无人机》

  • 来源专题：智能制造
  • 编译者： icad
  • 发布时间：2024-08-27

  • 据怡和机器复合材料称，中国同济大学航空航天与力学学院与中国商飞上海飞机设计研究院合作，应用连续碳纤维增强树脂基复合材料 3D 打印技术制造了一款名为“同飞 1 号”的国产无人机。

    同飞 1 号采用鸭翼式后掠翼布局，翼展为 2.1 米，起飞重量仅为 1,400 克。使用连续碳纤维增强复合材料 3D 打印技术制造无人机部件，确保轻型无人机复杂拓扑结构设计的快速原型制作。

    同济大学航空航天机械学院李岩教授的研究团队由国家重点研发项目“大幅面纤维增强热塑性复合材料增材制造技术与装备”资助。

    Tongfei n°1 是对该项目在飞机领域阶段性成果的验证。在飞行测试中，同飞 1 号在机动性、续航能力、响应速度、飞行安全性和飞行稳定性等方面表现出色，充分展示了该技术在无人机制造领域的优势和潜力。

  • 原文来源：https://www.voxelmatters.com/tongji-university-3d-prints-drone-using-continuous-carbon-fiber-composites/
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相关报告

  • 《哈佛大学通过旋转3D打印解决了自然界的复合材料难题》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-01-22
    • 复合材料天然存在于牙齿和贝类中，或者人工合成为钢筋混凝土、轮胎和胶合板等，其高强度依赖于纤维的排列。然而 在人造物件上，难题仍然是如何复制大自然的规律 。 通过旋转3D打印，来自哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院的Lewis实验室 研发了一种控制材料中纤维排列方向的方法，将FFF3D打印机进行旋转。 研究的第一作者Jennifer A. Lewis评论说：“我们现在可以以一种分层的方式来排列材料，类似于自然的构建方式。 从流体入手 之前一些其他方法使用磁场或电场来作为排列聚合物组织中纤维的手段。然而，添加这些电流在原本相对简单的沉积过程上增加了另一种程度的复杂性。 相反，Lewis实验室的方法研究3D打印墨水的流变学---或者说物质如何流动，本质上是一种液体电流，使混合物中的纤维排列。 图片展示了墨水中纤维的取向 引入旋转 作为标准挤压机的替代，该实验室的3D打印机有一个快速旋转的喷嘴，用来存放环氧基液体原料，而不是纤维丝。通过精确地编排喷嘴的速度和旋转，团队能够有效地规划纤维的排列和内容，从而为变化的材料提供始终如一的刚度。 “这项研究的一个令人兴奋的地方是，它提供了一种新的途径来制造复杂的微观结构，并且可控地改变从一个区域到另一个的微观结构。“合著者Jordan Raney解释说。 团队成员之一、哈佛大学的博士后研究员Raney现在是宾夕法尼亚大学的机械工程和应用力学助理教授,在那他主要研究 “控制材料系统的内部结构特征的新方法。” 从纳米到宏观 旋转3D打印是独立于电或磁电流的一种通用方法，可用于任何材料挤压法(FFF/FDM，直接墨水书写，BAAM)，并存放任何填充材料，包括碳纤维和陶瓷片。 另一位合著者，Brett Compton，现在是诺克斯维尔市的田纳西大学机械工程学院的助理教授。他工作于橡树岭大面积添加剂制造工程（BAAM）方法的研究。 研究结果由合著者Brett Compton, Jordan Raney, Jochen Mueller和 Jennifer A. Lewis共同发布在《PNAS》杂志上。项目由美国海军研究局和来自德国的工具制造业投资家GETTYLAB提供资助，知识产权受到哈佛科技发展办公室的保护。
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  • 《碳纤维复合材料成无人机的主力材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-12-09
    • 无人机的轻量化需求促使其机体材料不断地更新换代，继铝合金、钛合金等轻质化金属材料之后，碳纤维复合材料成为无人机的“主力”材料，可以说，以碳纤维复合材料为核心的无人机结构设计、制造技术成为无人机发展的关键性技术。 警用碳纤维无人机 新型警用装备无人机采用碳纤维外壳，具有起降迅速、使用灵活、人员伤亡风险低、费用不高等优势，可现场采集数据并迅速传送到指挥中心，跟踪事件的发展态势，供指挥者进行判断和决策。此类无人机还可以多角度大范围地进行现场勘察，这是一般监控设备无法比拟的，尤其是对突发事件等特殊情况的实时掌握具有重要的作用。 警用无人机采用碳纤维复合材料外壳有哪些优势？首先，无人机机动性能必须很强，碳纤维外壳可以有效降低无人机的自重；其次，警用无人机必须适应特殊地形、灾害天气等特殊环境，例如非常适用于气体泄露等对人体有害的环境下，碳纤维材料蠕变小、耐腐蚀性强，有助于延长机体的受用寿命。警用无人机是对公安警务活动传统局限、不足局限的一个弥补，对于提高警务效率、减少恶劣条件下警员的伤亡率非常有效。从2015年的500架，到2018年的7000余架，警用无人机的应用正呈几何式增长。 农用植保/喷洒农药型碳纤维无人机 喷洒农药型的碳纤维无人机在作业时能保证更好的药液喷洒均匀度，其雾滴穿透力比机车喷药更高，例如，采用碳纤维无人植保机对棉花进行脱叶剂喷洒，平均的脱叶率能达到90%以上，而且，植保机不会像机车那样对棉花植被造成损伤。 碳纤维复合材料制作的机体外壳能用极轻的自重帮助无人植保机实现大容载量和更长的续航能力，将植保作业效率提升至新高度。以一款容量16L的碳纤维植保机为例，该植保机有8个喷头，喷幅范围可达到7米，最快一分钟流量能喷4.8L，在实际作业中，一个小时能完成150 亩地。 数据显示，目前我国的保无人机保有量超过3万台，2018年作业面积约2.67亿亩次，总体可减少农药使用量20%以上、节省用水90%以上，提高农药利用率30%以上。 测绘用碳纤维无人机 随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航摄技术使测绘用无人机在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有了更加广阔的应用前景。 在测绘用无人机中，碳纤维复合材料凭借重量轻、强度大的优势同样可以发挥出突出的作用。如果在测绘任务中遇到路况差，车辆难以通行的情况，测绘人员就要徒步携带无人机前往，这时无人机的重量必然是越轻越好。而且，行业用无人机的造价都很贵，测绘无人机中用于三维测绘等任务的设备都价格不菲，一旦机体有损坏，造成的经济损失就很大，因此，机体本身的稳定可靠就显得尤为重要。虽然一般测绘用的设备主要是微单和单反相机，大约只需要1公斤左右的载荷。不过，有些搭载激光雷达的测绘无人机对载荷有着比较高有要求。例如，LIDAR、IMU、相机加一起大概有5公斤。这时自重极轻的碳纤维复合材料机体就可以实现更多的载荷，并在同等载荷下，实现更长的续航能力。
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