同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院先進(jìn)復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造團(tuán)隊(duì)、飛行器設(shè)計(jì)與制造團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院追風(fēng)工作室成功應(yīng)用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)制造了國內(nèi)首架全碳纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，并于近日試飛成功。試飛期間驗(yàn)證機(jī)飛行平穩(wěn)。該驗(yàn)證機(jī)采用鴨式后掠翼布局，翼展達(dá)2.1米，起飛重量?jī)H1400g。本次連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的試飛成功不僅顯示了連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)在無人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，也標(biāo)志著同濟(jì)大學(xué)在輕量化復(fù)合材料無人機(jī)快速制造領(lǐng)域的探索取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

圖1 連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印鴨式后掠翼技術(shù)驗(yàn)證樣機(jī)

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是當(dāng)前國內(nèi)外飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要用材，具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和比剛度的特點(diǎn)。采用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印技術(shù)制造無人機(jī)部件，保證了輕量化無人機(jī)復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的快速成型。

同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院李巖教授科研團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大幅面纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料增材制造技術(shù)與裝備”資助下，圍繞大幅面復(fù)雜連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料增材制造技術(shù)和裝備，開展基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。本次驗(yàn)證機(jī)是該項(xiàng)目階段性成果在飛行器領(lǐng)域的驗(yàn)證，基于追風(fēng)工作室的“天工”飛行平臺(tái)，采用提出的基于連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印制造約束拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了機(jī)身結(jié)構(gòu)及零部件，并基于自主開發(fā)的連續(xù)纖維復(fù)合材料多軸機(jī)械臂3D打印系統(tǒng)制造了驗(yàn)證樣機(jī)的主體結(jié)構(gòu)（包括撐桿、蒙皮、機(jī)翼、翼肋、翼梁、副翼、尾翼和前翼等），實(shí)現(xiàn)了飛行器的大幅減重（結(jié)構(gòu)重量?jī)H856g），為有效載荷預(yù)留出了更多的重量空間。

圖2 2.1m翼展的主機(jī)翼碳纖維3D打印骨架

在飛行試驗(yàn)中，該驗(yàn)證機(jī)在機(jī)動(dòng)性、耐用性、響應(yīng)速度、飛行安全性和飛行穩(wěn)定性等飛行性能方面均表現(xiàn)出色，充分顯示了該技術(shù)在無人機(jī)制造領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和潛力。

該架連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的成功試飛，展示了同濟(jì)大學(xué)在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)的創(chuàng)新能力，也為未來輕量化無人機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供了新的思路和方法。