绚丽的3D打印仿生蛛网分区让空客飞机更轻便

由于比传统工艺更为灵活和经济，3D打印技术已经得到了许多企业的青睐，3D打印技术的进步释放了设计师的想象空间。他们可以突破传统工艺的限制，在自然界寻找合适的材料来打印想要的物品，赋予其最优化的外形、最高的强度，同时又保证最少的浪费。

空客希望设计一个更轻质的客舱区域，他们最终用3D设计软件和3D打印创造了一个复杂的格子架，这个格子架仿照动物骨骼的结构搭建。

这件产品采用一种被称为scalmalloy的新型超强、轻质合金材料使用直接金属激光烧结成型技术3D打印而成的，将用于空客飞机。据说这是空客第一次将金属3D打印部件用于飞机机舱的设计。

如下图所示，根据开发人员的计划，它将用于分隔客舱后部的厨房区域。虽然听起来并不复杂，但是里面还要放置急救的担架，以及可折叠的供乘务员休息的座位。最终这个格子架只有80磅，相比原来的重量减轻了45%。飞机瘦身意味着消耗的燃料更少，每年每一架飞机少排放10吨的二氧化碳。

这个仿生结构的设计思路实际上是将结点像蛛网那样相互连接，使得材料的用量达到最小。更重要的是，这种结构设计能够保证如果有多个节点因受到冲击而断裂的话，其整体结构还将保持在正确的地方。而且，一个独立的隔离结构总共需要122件3D打印的部件——它们需要7个批次进行分别打印。研究人员还使用定制的算法为其设计出了蜂窝式结构，这种结构特别适合航空零件的高强度、低重量要求。

空客已经将它注册为商业用途。空客也因为这项发明获得了德国联邦Ecodesign奖，这个奖项是授予那些“环保且美好”的新概念和新产品。空客凭借这项发明从160个海选项目、26个正式提名中脱颖而出。

计算、成像能力的飞跃，加上3D打印技术的进步，让工程师们可以空前力度地利用仿生学。尤其是金属3D打印创造很多产品，而这种增材制造的方式本质上也和树木、骨骼的生成方式很相似：一个单元接着一个单元，并且浪费最少。

通用公司正在为空客和波音生产成千上万的发动机燃料喷嘴。飞机行业是较早使用3D打印技术的行业之一，因为相比传统工艺来讲，3D打印的产品质量要轻很多。

尽管越来越多的人接受3D打印的观念，但是目前可以利用自然法则进行设计的工程师依然为数不多。而且，相比于大批量生产的传统工艺，3D金属打印的速度仍然较慢，并且成本更高。此外，3D打印的合金在高应力空间比如宇宙空间里会怎么磨合，这方面的知识也还处于初级阶段，这也使得监管机构采取了更保守的态度。欧洲航空安全局的发言人说：“这些新技术，特别是3D打印，不得降低现有的安全水平。


来源：中国指挥与控制学会