设计与试验 | 基于 3D 打印的仿生蝴蝶翅翼快速制造工艺及结构性能评估
设计与试验 | 基于 3D 打印的仿生蝴蝶翅翼快速制造工艺及结构性能评估
摘 要:针对传统仿生蝴蝶翅膀结构制造过程复杂、成形周期长,并且难以兼顾轻量化与力学性能的问题,本文基于3D打印中的精细薄壁构件成形技术,结合蝴蝶翅翼的形态特征与扑翼传动需求,构建由翅膜、翅脉骨架和中心驱动连接机构组成的仿生翅翼结构,翅膜采用轻质柔性薄膜材料,中心安装座、连接支架及微型传动构件采用3D打印快速成形,实现复杂连接结构的一体化制造与快速装配,对打印材料、层厚、填充率、打印方向进行优化,并以拉伸响应和动态振动特性为主要评价指标,综合筛选后保留A2(PLA材料、层厚0.12 mm、填充率40%、水平放置)、B2(PETG材料、层厚0.12 mm、填充率40%、侧向放置)和C2(光敏树脂材料、层厚0.12 mm、填充率40%、竖直放置)三组有效试验方案。拉伸试验中,B2组样件的极限拉伸载荷最高,C2组样件的等效刚度最大,抗变形能力较强。动态振动试验中,C2组样件的一阶固有频率最高、最大振幅最小,表现出较好的抗振变形能力;B2组样件振幅衰减速率较高,动态稳定性较好。综合来看,PETG材料更适用于翅根连接件和中心承力件,光敏树脂更适用于微型齿轮及高精度小型传动件,研究结果可为仿生扑翼结构快速制造、材料选型与工艺参数优化提供参考。