2062:新材料与先进制造技术构造的新世界

jack        
近期,工程与制造技术公司ARCONIC发起了一场新的“The Jetsons”活动,公司工程师与几位未来学家,以及华裔电影导演林诣彬(Justin Lin)等一起分享了他们对1962年之后的100年,也就是2062年的愿景。

1962年,美国上演了一部火爆的科幻卡通剧:《杰森一家》(The Jetsons)。在剧中,机器人、外星人、全息图,以及各种异想天开、五花八门的小发明满足了那个时代的人们对未来,或者另一个时空的各种想象。

想象的魅力在于,当时看似遥不可及的事物可能会以超乎想象的速度变为现实。就像这部剧中的智能手表、平板电脑、3D打印已经成为现实,而且充满未来感的飞行汽车也正在向我们驶来。
近期,工程与制造技术公司ARCONIC发起了一场新的“The Jetsons”活动,公司工程师与几位未来学家,以及华裔电影导演林诣彬(Justin Lin)等一起分享了他们对1962年之后的100年,也就是2062年的愿景。实践者、理论家、艺术家……这样的组合本身就非常有趣,也非常鲜明地体现了科技的发展需要大胆的想象,以及艺术家般的创意思维。

在这些愿景中,高速空中旅行是一种常态;3D打印的自清洁摩天大楼能够高达数英里;建筑不仅为我们提供居住空间,还为我们提供食物;在火星上就地取材,3D打印零部件;自适应的交通系统……所有这些场景的实现都将有赖于新材料、先进制造技术的发展。

同时,特别值得关注的是:不管是汽车、建筑,还是飞机的建造,都将在很大程度上实现对大自然的模仿。毕竟,大自然是人类最好的老师。

一、未来的成形技术

下一代超轻铝锂合金。铝锂合金比传统铝合金材料更轻,更坚固,能够有效降低车辆重量,提高能源效率。
有机形体设计。有机形体设计源于对大自然的模仿,通过光滑的曲线和特征模仿了生物有机形态,能够有效减少阻力。
钛铝合金发动机零部件。钛铝合金零部件比传统的超级(耐高温)合金部件轻50%,能带来更高的燃油效率。

二、未来的空中旅行

多材质3D打印零部件。钛、镍、铝制3D打印结构将用于喷气式发动机以及飞机的机身、窗框、机翼等,为设计与性能提升带来更多可能。
仿生空气动力学表面技术。模仿自然的表面技术能够增强空气动力学性能,例如模仿鲨鱼皮肤表面的“微沟槽”,正是这种表面能够让鲨鱼在水中快速滑行。
推力矢量、超音速推进系统。推力矢量发动机可以控制发动机推力方向与飞机空气动力学表面方向的夹角(以提升飞机机动性及增大航程);具有数倍于音速推力速度的超音速发动机将使高速的航空旅行成为可能。

三、未来的汽车

有机金属粘结技术。Arconic的A951表面处理技术是一个有机的,环境友好型的粘结技术,解决了铝和铝,以及铝与其他金属之间的粘接难题。这为轻质、铝合金汽车提升性能和燃油效率打开了一扇新的大门。
3D打印集成汽车底盘设计。3D打印允许更大的设计自由度,为更多几何形状在汽车底盘设计中的应用打开了一扇大门。3D打印技术可集成流线型设计,简化制造过程,增强结构完整性。
超级成型合金。采用Arconic的Micromill技术制造汽车铝合金,比普通铝合金加工成型性能提升40%;而且能够在不降低车辆强度和耐久性的同时提供更大的设计灵活性和车辆性能。

四、未来摩天大楼

节能、保护性结构技术。Arconic的突破性技术以增强高的热性能表现来满足能源效率与弹性提升的需求,以增强抵抗飓风等自然灾害的能力。在这种情况下,高达3英里、真正直耸云霄的摩天大楼并非没有可能。
活性自清洁涂层技术。Atconic的EcoClean表面处理技术能够让建筑面板更有效地利用太阳能、水蒸气与氧气来实现自清洁,并清洁周围的空气。
有机体外形。3D打印建筑材料能够建造更多向大自然吸取灵感的有机体形状建筑。

五、未来太空探索

集成到承载结构的太阳能推进系统。3D打印太阳能电池集成到承载结构表面,就像探测器的结构和悬架,意味着太阳能电池板有两项工作:产生电力与承受荷载。
动态隔热涂层。动态隔热涂层意味着涂层性能随着外部环境的改变而改变。当温度转热时,涂层会保护物体免受太阳能的危害。当气温转凉时,能够使其免受冰冻之害。
3D打印无充气轮胎。增材制造、无充气、有弹性的轮胎可能会终结对悬挂系统的需求。理想的材料将是高强度和轻质的完美结合,铝和铝锂合金将是最佳的材料选择之一。

六、飞行汽车

处于汽车与航空工业的交叉点之上,能否生产出可以载人的自动驾驶无人机?强劲的超级电容与电池能否让机器飞起来,并且通过小型燃气涡轮发电机充电?附加控制与阻力的减轻可能会以等离子体反应器的形式来实现。

七、增强现实技术

如果信息与图像的显示不再局限于屏幕?增强现实与虚拟现实有望成为日常生活中更大的部分,帮助我们工作、学习、娱乐以及沟通。

八、建筑

3D打印与拓扑结构优化正在变得可行,而我们见到的建筑将与今天的建筑迥异。少数的建筑仍然看起来像盒子或矩形,更多的建筑将与自然界的有机形态类似。建筑师将倾向于自由自在地像艺术家一样思考,而更少像工程师。

九、绿色空间

随着城市中的人口越来越多,绿色空间能否融入到建筑中,帮助我们放松,并为我们生产食物?坚固、轻质的材料,以及能够对结构中生物物质与水进行管理的结构涂层都是至关重要的。

十、火星漫游

我们中的许多人在50年内都会进行火星旅行,先进材料与增材制造会为这一使命提供重要贡献。理论上来讲,从火星表面的矿物中就地取材,我们或许能在火星上3D打印出部分关键零部件,从而免去从地球上运输材料的麻烦。

十一、大数据

在未来,无论是飞机、自动驾驶车辆还是建筑,都会有内置的传感器来持续监控外部环境,识别危险信号。比如当整体中的一部分运行失效,中央系统能够警告所有处于类似运行状态的其他车辆

分享到: 更多