游客·请登录
订阅标签，看你想看
报名活动，拓展人脉
解锁私信，参与互动
-
-
评论
(0)
-
-
-
-
无人机机架减重79%、续航提升33%：首尔大学研发出超轻碳纤维点阵结构
核心摘要
研究成果：首尔大学开发出超轻碳纤维点阵结构，比强度媲美铝材，重量仅为铝的1/100。
制备方法：采用“3D节点缠绕”，用一根连续纤维构建整体结构，避免传统逐层堆叠的界面弱点。
应用场景：用于无人机机架，重量减轻79%，续航延长33%，适用于航空航天、机器人、汽车等领域，可结合AI实现规模化生产。
用一根连续纤维，构建超轻高强度结构
首尔大学机械工程系的研究人员开发出一种新型超轻结构材料，它既有工程材料那样的承重强度，又像泡沫一样轻。
研究团队采用一种叫做“3D节点缠绕”的方法，制备出介观尺度的碳纤维点阵结构。这种结构在比强度（强度与重量之比）上达到了铝材的水平，而重量却只有铝的百分之一。
首尔大学机械工程系的安成勋（Sung-Hoon Ahn）教授（左）和崔俊英（Jun Young Choi）博士站在一根复合材料梁上，这根梁可以承受约150公斤的总重量。研究团队还开发了无人机和机械臂的原型结构。（来源：首尔大学）
逐层堆叠结构的短板
如今的碳纤维复合材料虽然已经做到了既轻又强，但其制造方式通常是薄层堆叠或多个部件拼装。这种做法限制了设计自由度，并且在层与层之间、部件与部件之间的连接处形成了薄弱界面。
即便是较新的3D打印复合材料，也离不开逐层制造。这会产生内部界面，从而阻碍载荷传递，迫使人们在结构复杂性和机械可靠性之间做出取舍。
用一根连续纤维搭出整体结构
为了突破这些限制，研究团队采用了一种完全不同的制造思路。他们不再去拼装或堆叠材料，而是将一根连续碳纤维直接铺设在三维空间中，由此定义出整体结构——用一句话概括，就是“把一切完美地绑在一起”。
具体过程是：先用一个临时支架确定节点的几何位置，然后将一根长碳纤维依次缠绕在这些节点上，形成一个空间点阵网络。几何形状确定之后，再通过树脂浸渍使结构固化，最终得到致密的复合材料。
由于整根纤维在结构中始终保持连续，力的传递也就没有中断，从而避免了通常在连接处和界面上出现的应力集中与失效点。
极轻重量下的高强度
这种结构的抗压强度大约在10到30兆帕之间，与建筑级材料（比如混凝土的抗压强度）相当。
虽然这个数值还比不上高级金属的绝对强度，但如果按重量来折算，它的表现就非常出色了——在质量大幅降低的同时，达到了与铝材相当的效率。
在相同重量下，这种点阵结构的强度比传统点阵结构最高可以高出十倍。之所以能有这么大的提升，是因为连续的载荷路径让力的分布更高效，同时减少了结构中的非承载材料。
所开发的3D碳纤维复合材料点阵结构的强度-密度性能对比图。（来源：首尔大学）
无人机机架上的应用验证
为了在实际系统中验证这一方法，研究人员将其应用在无人机机架上，取得了以下成果：
结构重量比传统设计减轻了约79%；
在相同运行条件下，飞行时间延长了33%。
这些结果证实，减轻结构重量直接带来了系统性能的提升，尤其是在重量是主要限制因素的应用场景中。
走向可规模化、设计驱动的结构
除了材料性能本身，这项工作还重新定义了承重系统的设计与制造方式。
过去，这种连续的三维纤维结构很难用常规制造方法进行规模化生产。但这一新方法与机器人、人工智能驱动的制造系统天然契合——复杂的纤维轨迹可以直接从数字设计中生成并自动执行。
随着这些系统的不断进步，预计将能够实现结构化复合材料的规模化生产，而这种材料用手工制造是不切实际的。
这项技术的影响遍及多个对重量和效率要求极高的行业，比如航空航天、移动系统、机器人以及建筑行业。更广泛地说，该方法推动工程领域从基于零部件的设计，转向由几何形状、连续性和自动化制造所定义的集成结构系统。
点赞
丨 {{details_info.likes_count}}
该内容需要登录方可查看，如需继续观看，请点击下方登录按钮 登录
相关阅读
化工及原材料
2026-10-28
化工及原材料
2026-10-28
化工及原材料
2026-10-28
化工及原材料
2026-10-28
化工及原材料
2026-10-28
化工及原材料
2026-10-27
您可能感兴趣
换一换
- 人脉
- 企业
{{[item.company_name,item.company_name_english][lang]}}
{{[item.job_name,item.name_english][lang]}}
{{[item.display_name,item.display_name_english][lang]}}
热门标签
下载
