Sử dụng công nghệ in 4D chế tạo cánh UAV biến đổi

Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm những phương pháp mới nhằm giảm chi phí nâng cao hiệu quả tổng thể của máy bay, bao gồm cả các máy bay không người lái (UAV) hay drone.

UAV đang mở rộng và chiếm lĩnh một không gian ngày càng phát triển trong hàng không. Trong một bài báo mới, đăng trên tạp chí Composite Structures, GS Sương Van Hoa và nhóm sinh viên đồng tác giả đã giới thiệu phương pháp mới, chế tạo cánh UAV rẻ và bay hiệu quả hơn.

Suong Van Hoa là GS kỹ thuật cơ khí, công nghiệp và hàng không vũ trụ tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Máy tính Gina Cody. Sử dụng một kỹ thuật mà GS Hoa đang đi tiên phong, được gọi là in 4D vật liệu tổng hợp, nhóm GS Hoa thực hiện một nghiên cứu khả thi về áp dụng một phương pháp mới để sản xuất cánh biến đổi hình dạng thích ứng (ACTE). ACTE được phát triển đáp ứng yêu cầu tiết kiệm nhiên liệu và giảm tiếng ồn. Công nghệ thử nghiệm ACTE nhằm thay thế cánh bản lề thông thường bằng cánh được gắn vào thân cánh chính nhưng có thể uốn cong tới 20 độ.

Theo GS Hoa, UAV loại vừa và nhỏ sử dụng loại cánh này có thể chịu tải rất tốt khi cất cánh và hạ cánh.

In 4D đề cập đến việc in một vật liệu hoặc nhiều vật liệu của một thiết bị hoặc vật thể, có thể chuyển đổi từ sợi 1D thành hình dạng 3D, từ bề mặt 2D thành hình dạng 3D được lập trình trước và có khả năng biến đổi giữa các chiều khác nhau.

In 4D cần sử dụng vật liệu đặc chủng, phản ứng với một kích thích cụ thể như nước, lạnh hoặc nhiệt. Quá trình in ban đầu được thực hiện trên một bề mặt phẳng, sau đó vật liệu tiếp xúc với tác nhân kích thích, gây ra phản ứng và thay đổi hình dạng bề mặt. Chiều thứ tư đề cập đến cấu hình đã thay đổi của vật liệu, trước đó là phẳng.

In vật liệu composite 4D phức tạp hơn. Thay vì sử dụng mực in dạng bột nhão thường được sử dụng bởi máy in 3D và 4D, mực in là sợi gân dài và mịn được giữ cố định bởi một loại nhựa. Mỗi sợi chỉ dày 10 micron - khoảng 1/10 đường kính của sợi tóc. Máy in tổng hợp 4D rải hỗn hợp nhựa sợi mực in thành các lớp siêu mỏng với các góc 90 độ so với nhau. Các lớp vật liệu sau đó được nén chặt lại và đóng rắn trong lò ở 180°C, làm nguội xuống 0˚C và tạo ra một vật thể cứng nhưng không giòn.

Cấu trúc này cho phép chế tạo một phần vật liệu có độ cong lượn sóng đồng nhất kẹp giữa bề mặt trên và dưới của cánh tà. Vật liệu linh hoạt và bền vững chịu được sự biến dạng đến 20 độ mà cánh yêu cầu cho cơ động khi bay. Trong tương lai, một chiếc cánh máy bay có thể thay đổi hình dạng trong quá trình bay là một lợi thế rất lớn nếu so với cánh cố định.

Theo GS Hoa, công nghệ in tổng hợp 4D vật liệu thông minh có tiềm năng lớn cho vô số ứng dụng trong công nghiệp và giao thông vận tải.