日本福岡九州大學(xué)3D打印昆蟲翅膀

供稿人：李武丹,、田小永 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

昆蟲作為地球上數(shù)量最多的陸生動(dòng)物,，存在于地球上幾乎所有的環(huán)境中。其中,，昆蟲出色的飛行能力一直受到特別的關(guān)注,，比如蜻蜓靈活的機(jī)動(dòng)性和蝴蝶在跨海遷徙過程中的節(jié)能飛行。研究人員提出了各種類型的微型撲翼飛行器（MAVs）,，然而,，與真正的昆蟲相比，微型飛行器的能力是有限的。一個(gè)主要問題是很難在昆蟲翅膀中再現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械特性和各種功能,。昆蟲翅膀是一種復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu),，由具有復(fù)雜圖案的框架支撐，這會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的剛度分布和各向異性,。它們?cè)谂拇驎r(shí)會(huì)靈活變形,，同時(shí)干擾周圍的空氣，產(chǎn)生有用的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng),。因此,，撲翼的設(shè)計(jì)和制造比固定翼和旋翼困難得多。此外,，大多數(shù)昆蟲翅膀具有飛行功能以及折疊和耦合所代表的各種其他功能,，翅膀的這些附加功能是昆蟲適應(yīng)性的關(guān)鍵因素。

圖 1. 3D打印昆蟲機(jī)翼的仿生設(shè)計(jì)和制造

日本福岡九州大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院的Kazuya Saito團(tuán)隊(duì)研究并提出了一種昆蟲翅膀的整體成形方法,，通過3D打印技術(shù)直接在薄膜上打印機(jī)翼框架形成昆蟲翼型復(fù)合結(jié)構(gòu),，其中薄膜和框架使用相同的材料聚丙烯，使其可以很好的粘接在一起,。采用基于蜻蜓翅膀中存在的質(zhì)心Voronoi圖的人工脈理生成算法,，設(shè)計(jì)了復(fù)雜的人工翅膀力學(xué)性能。此外,，他們實(shí)現(xiàn)了真實(shí)昆蟲翅膀的兩個(gè)代表性功能:折疊和耦合,。基于甲蟲后翼開發(fā)的折痕圖設(shè)計(jì)軟件可實(shí)現(xiàn)任何形狀的可折疊機(jī)翼的3D打印,。耦合式機(jī)翼在飛行過程中，前翼和后翼相互連接形成單個(gè)大翼,；如圖g,，這些翅膀可以像蟬翼一樣被分開或堆積起來。

參考文獻(xiàn)：
Saito, K., Nagai, H., Suto, K. et al. Insect wing 3D printing. Sci Rep 11, 18631 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-98242-y