利用聚合物材料进行无人飞行器增材制造可能性的研究

熔丝制造（Fused filament fabrication，亦称熔融沉积成型和3D打印）因其相较于现有替代方案具有成本效益和定制灵活性，成为最常见的增材制造技术。它有望彻底改变无人飞行器（UAV）的设计与制造。因此，本研究对利用简易桌面打印机和聚合物材料进行UAV 3D打印的可能性做出了假设。广泛的文献分析确定了可行的原型制作对象和聚合物材料。因此，该研究重点探索了聚乳酸（PLA）在飞翼型UAV制造中的应用，并开发了一种制造构想，以复刻最初由发泡聚苯乙烯和聚乙烯混合材料制造的飞行器。材料的选择源于PLA的无毒性、易加工性以及成本效益。除普通PLA外，本研究还纳入了轻质PLA，以探究这种先进材料的力学性能，其密度会随打印温度而变化。这项概念验证研究探索了机翼原型打印部件的力学性能，同时考虑了由于打印空间限制而在制造对象中进行分段打印的可能性。简化的弯曲试验表明，机翼原型中材料的理论强度在力学性能方面具有显著裕度，这证实了所提出的假设，并为进一步优化提供了研究对象。本研究侧重于机械强度，忽略了需要进一步研究的流变学和耐久性问题。对精确几何形状机翼的制造表明3D打印工艺具有可接受的精度，但也突显了仍需进一步解决的工艺难题。