英国工程师Tom Stanton近日成功制造并试飞了一架独特的3D打印固定翼飞机。

这架整机重量仅为15.6克的微型飞机，其核心动力并非传统电池，而是一个10法拉的单体超级电容器，该电容通过手摇发电机充电。

实验取得了令人瞩目的成果：Stanton通过约4秒的摇动充电，为飞机换来了长达45秒的飞行时间。

该项目的关键设计与增材制造技术紧密相关。

在设计上，工程师将机翼翼肋结构直接打印在已固定在磁性构建板上的薄棉纸上，从而创造性地将骨架与蒙皮粘合为一体，实现了结构的高度集成。

机身主梁由碳纤维杆构成，并通过摩擦配合的3D打印部件来固定机翼和尾翼组件。

为进行对比，一个未加装动力的滑翔机版本被制造出来，其机身重量仅为3.8克。

测试表明，其滑翔性能超过了传统的折纸飞机。

动力版本则使用了一个来自小型玩具四轴飞行器的微型有刷电机，并配备了增大的螺旋桨，以补偿超级电容器2.7伏的输出电压。

在电容选型上，Stanton的分析确定，10法拉是能量密度与重量之间的最佳平衡点。

一个100法拉的电容单元虽能提供1法拉单元六倍的能量密度，但其重量达20克，对于该机身而言过重。

而10法拉单元约3克的质量则正好达到了效率最优值。

研发过程并非一帆风顺，结构设计经历了迭代优化。

一个早期的长弦长机翼设计在飞行中因抗扭刚度不足而失败，机翼在空气动力载荷下向上折叠。

改进后的设计采用了更短弦长、更大展弦比的机翼，通过将压力中心移至更靠近结构中心的位置，有效减少了扭转力矩。

材料的环境适应性也面临挑战。

薄棉纸蒙皮被证明对湿度敏感；在零下2摄氏度（华氏28度）的环境中，吸收的水雾导致机翼在第三次飞行尝试时就失去了结构完整性。

值得注意的是，将3D打印与无人机结合的趋势也在更大范围内得到验证。

美国陆军近期以“HANX”为项目名，在内部开发了其首款符合《国防授权法案》（NDAA）的3D打印无人机。