同濟大學航空航天與力學學院先進復合材料設計與制造團隊、飛行器設計與制造團隊聯(lián)合中國商飛上海飛機設計研究院追風工作室成功應用連續(xù)碳纖維增強樹脂基復合材料3D打印技術制造了國內(nèi)首架全碳纖維復合材料3D打印技術驗證機，并于近日試飛成功。試飛期間驗證機飛行平穩(wěn)。該驗證機采用鴨式后掠翼布局，翼展達2.1米，起飛重量僅1400g。本次連續(xù)纖維復合材料3D打印技術驗證機的試飛成功不僅顯示了連續(xù)纖維復合材料3D打印技術在無人機領域的應用潛力，也標志著同濟大學在輕量化復合材料無人機快速制造領域的探索取得實質(zhì)性進展。

圖1 連續(xù)纖維復合材料3D打印鴨式后掠翼技術驗證樣機

碳纖維增強樹脂基復合材料是當前國內(nèi)外飛機結構的主要用材，具有輕質(zhì)、高比強度和比剛度的特點。采用連續(xù)碳纖維增強復合材料3D打印技術制造無人機部件，保證了輕量化無人機復雜拓撲結構設計的快速成型。

同濟大學航空航天與力學學院李巖教授科研團隊在國家重點研發(fā)計劃項目“大幅面纖維增強熱塑性復合材料增材制造技術與裝備”資助下，圍繞大幅面復雜連續(xù)纖維增強復合材料增材制造技術和裝備，開展基礎理論和關鍵技術的攻關。本次驗證機是該項目階段性成果在飛行器領域的驗證，基于追風工作室的“天工”飛行平臺，采用提出的基于連續(xù)纖維復合材料3D打印制造約束拓撲優(yōu)化設計方法，設計了機身結構及零部件，并基于自主開發(fā)的連續(xù)纖維復合材料多軸機械臂3D打印系統(tǒng)制造了驗證樣機的主體結構（包括撐桿、蒙皮、機翼、翼肋、翼梁、副翼、尾翼和前翼等），實現(xiàn)了飛行器的大幅減重（結構重量僅856g），為有效載荷預留出了更多的重量空間。

圖2 2.1m翼展的主機翼碳纖維3D打印骨架

在飛行試驗中，該驗證機在機動性、耐用性、響應速度、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，充分顯示了該技術在無人機制造領域的優(yōu)勢和潛力。

該架連續(xù)纖維復合材料3D打印技術驗證機的成功試飛，展示了同濟大學在碳纖維增強樹脂基復合材料3D打印技術的創(chuàng)新能力，也為未來輕量化無人機的設計和制造提供了新的思路和方法。