仿生分级褶皱结构3D打印与自组装技术在节能运输领域的应用研究

来自国内外的研究人员通过整合3D打印与自组装技术，开发出仿生分级褶皱表面结构。该结构作为涡流发生器(vortex generators)，可显著增强汽车尾翼(spoilers)和高尔夫球等应用的空气动力学性能，实现下压力(downforce)提升与阻力(drag)降低的双重优化，为交通运输、航空航天等领域提供了可规模化的表面工程解决方案。

　　

自然界中鸟类羽毛等生物结构通过多尺度表面特征实现气流调控，展现出卓越的空气动力学效率。受此启发，研究者创新性地将高精度3D打印技术与材料自组织(self-organization)过程相结合，成功制备出具有分级褶皱(hierarchical wrinkles)的人工表面。这些微纳结构作为高效的涡流发生器(vortex generators)，通过产生可控涡旋(vortices)显著改善气流附着(flow attachment)，在汽车尾翼应用中同步实现下压力提升18%和阻力降低12%。

实验证明，该技术在高尔夫球表面应用时，能有效抑制尾流(wake effects)，使飞行距离增加15%。这种可编程的表面工程平台(programmable surface engineering platform)突破了传统制造技术对复杂结构的限制，为交通运输(transport)、体育器材(sports equipment)和生物医学器件(biomedical devices)等领域的节能优化提供了新思路。通过精确调控褶皱的波长(wavelength)和振幅(amplitude)，该技术还能实现针对不同雷诺数(Reynolds number)流动的定制化设计。