無人機遇上3D打印機 解鎖無限應用場景

無人機遇上3D打印機 將迎來井噴發展新時代

　　2016年初，媒體報道美國陸軍欲開發一項新技術，用3D打印的方式在戰場現場制造小型無人機，旨在以最短時間響應前線士兵的不同需求，同時降低裝備成本。戰地無人機制造使用計算機輔助設計軟件，按照士兵的任務需求個性化定制多種無人機，從士兵發出請求至無人機投入使用，整個過程不超過24小時。

這種現做現用的模式，給無人機制造商一個新的啟示。由于3D打印技術的出現，讓無人機的設計與生產成本都大幅下降，中國無人機裝備發展從前沿技術走向了體系化、實用化，并已經在關鍵民用領域得到了越來越廣泛的應用，在新技術的推動下迎來井噴式發展。繼而，大批無人機生產商嶄露頭角，最近就連某手機制造商也參與到無人機市場中。那么，在激烈的市場競爭中，如何讓自己處于上風呢。這對企業來說，最重要的就是效率和成本。
3D打印的飛機模型

　　以往在無人機的研發階段，企業通常需要進行各種各樣的實驗。根據傳統的做法，他們把腦海中的想法變為實物，要畫圖紙，再由業務部門找流程工廠制造，然后才能拿取實物，這至少需要一個月的時間。而采用3D打印技術，只要3D圖紙一出來，幾個小時就可將產品送到需求者手中。

　　3D打印因此被稱為"具有工業革命意義的制造技術"，無需原胚和模具，就能直接根據計算機圖形數據，通過增加材料的方法生成立體模型，簡化產品的制造程序，縮短產品的研制周期，提高效率并降低成本。而且3D打印的無人機零配件，硬度與韌度都能達到直接使用的需求，因而成為一種快速制造零配件的手段，助力無人機行業的快速發展。

3D打印的無人機模型

一、國內目前3D打印在無人機領域的應用現狀

據中國知名3D打印機制造商極光爾沃公司2015年度銷售數據透露，他們目前擁有大量的無人機合作案例，并且增勢明顯。無人機公司用3D打印機做什么呢？帶著好奇，筆者走訪多家無人機以及相關產業的企業。

筆者走進一家主要為無人機提供零配件的制造公司，只見3D打印機排排坐，正有條不紊地打印著。3D打印機與無人機究竟能擦出什么火花？筆者問企業負責人：“這些在打印的是什么東西？”

企業負責人說：“這些都是無人機的附屬零配件，這個是拋物面信號增強器，加個鋁膜就可以直接使用了。”

“這個是無人機的電機座配件，可以預防無人機開裂，相當于保護、加固的作用，萬一摔壞了還能進行修復。”

“這個是無人機的腳架延長支架，也是起到一個緩沖保護的作用，可以預防無人機降落時直接接觸地面造成損壞。”

原來如此，不了解還不知道，3D打印機與無人機的關系竟然這么密切。

筆者接著問：“這在以前沒有3D打印，是怎么制造這些零件的。”

負責人：“以前制造這些就需要開模，成本高！而且我們的生產規模不是很大，無人機這個東西畢竟是個人玩家居多，開模進行大規模生產可能會虧本也說不定，而且還需要一些人工成本。”

“所以我們嘗試著用3D打印機來制造，節省了不必要的開模成本。只要做出設計圖紙，就可以直接打印出來了，而且打印出來的零部件硬度和韌性，以及各方面能滿足要求，可以直接使用。目前我們在網上有直接銷售這些3D打印的零配件，利潤也不錯。”

二、目前全球3D打印在無人機領域的案例匯總

理論上，除了核心的技術部分，3D打印無人機的機身或者其他配件完全是可以實現的。據網上有流傳，國外有高級玩家還提供了無人機的完整圖紙，已經有達人照著圖紙3D打印除了完整的無人機框架。另外，國內外也屢屢有新聞傳出，3D打印的無人機或者客機的部件等新聞。以下為3Xmaker為大家匯總的全球3D打印無人機相關典型案例：

1、英國皇家海軍HMS Mersey號在英格蘭南部海岸測試了一款造價低廉的3D打印的無人機。 
    這臺噴氣式飛機造型的無人機重約3千克，使用一個三米長的彈射器發射升空，然后按照預編程的飛行路線飛行了五分鐘后降落在一個布滿卵石的海灘上。 
    值得注意的是該無人機的主要結構部件是在岸上利用3D打印制成的，然后再在船上完成了安裝。該實驗的目的是為了驗證在必要的時候，一次性的廉價無人機有巨大的軍用價值，而且還能讓船員快速執行新任務。 
    英國海上作戰中心無人機主管Geoff Hayward稱，在軍事意義上，采用工廠大規模生產的無人機靈活性不夠高，而專門定制的成本又太高。利用3D打印技術制備廉價的專用無人機則能夠很好地滿足軍用的需求。 
    在測試之前，關于這種無人機的抗風能力和穩定性還不為人知。來自與軍方合作的3D打印公司稱他們已經開始在尋找將相關技術推向民用化的途徑。 

Sulsa無人機鏡頭捕捉到的畫面 
    這款無人機（稱為Sulsa）翼展1.5米，采用螺旋槳驅動，是由南安普敦大學開發設計的。該無人機的四個主要部分由3d打印機制作完成，組裝時使用激光將尼龍粉末融合到一起。值得注意的是，這款無人機中的鉸鏈控制的表面組件，如方向舵和副翼，都是利用3D打印制作的。當然，電子件部分還是預先準備好的。完成后的無人機還可以加裝傳感器和雷達等，甚至可以安裝炸彈。其飛行的速度可以達到160千米每小時。 
    事實上，將無人機應用于海軍已有先例，但之前的無人機因為價格昂貴而難以進行大規模應用。 
   據研究人員稱，制造一臺Sulsa的成本僅為數千美元，和以前的專用軍事無人機上百萬美元的造價相比優勢非常明顯。但在續航方面卻不夠給力——只能續航40分鐘，這點時間在追蹤海盜等方面是遠遠不夠的。不過既然這么便宜，失去了一個就再派出另一個就好了。 
研究人員設想軍方可以攜帶部分定制好的組件、3D打印機、原料和各種傳感器出海執行任務，在需要的時候，只需要根據條件選擇合適的組合方式就可以了。但是打印一臺完整Sulsa的零件需要幾個小時的時間，在需要快速反應的任務中，可能就沒那么實用了。

2、2015年俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機，重3.8公斤，翼展2.4米，飛行時速可達90至100公里，續航能力1至1.5小時。

公司發言人弗拉基米爾·庫塔霍夫介紹，公司用兩個半月實現了從概念到原型機的飛躍，實際生產耗時僅為31小時，制造成本不到20萬盧布（約合3700美元）。

3、2015年，美國無人飛行器制造商Aurora?Flight?Sciences推出了世界首架3D打印噴氣式無人機，航速可達241km/h。它的面世也意味著人類3D打印的技術又上了一個臺階。

4、2014年，一個來自英國謝菲爾德大學先進制造研究中心的工程師團隊成功通過3D打印制作出一架無人機，不僅僅如此，整個打印過程只花費了不到24個小時，且只使用ABS塑料為基本材料，制作成本極低。整個制作過程的速度如此之快的原因，當然也是打印該無人機最關鍵的在于熔融成積模型技術，它用熱塑性塑料層層制作出出來快捷方便。

5、美國約翰霍普金斯大學運用物理實驗室近期運用3D打印技術開發出了一個可靠的海上空中無人機CRACUNS，說白了它是一種水陸兩棲型的無人機，這款無人機能夠潛入水下長達數月而不會爛或許損壞，而一旦接收到信號，就能夠立即從水下升到水面，繼續飛翔，能夠接多種任務。

      這個項目源于美國海軍，軍方期望能夠制造出一種一同具有水下和空中飛翔功用的無人機，該實驗室與該校研討和勘探開發系的制造專家協作，開發出了一個不需要金屬結構件和機械加工表面的3D打印無人機機體。

      發起這一項目，首要需要處理的問題即是機身重量問題。無人機必須有一個非常輕的復合機身，它需要進入水中，而且能夠承受一定的壓力。因此，他們需要用到最具創新性、最搶先的制造技術和增材制造技術（即3D打印）。

      其次，還有一個難題即是，怎樣確保無人機能夠有用在水中呆很長一段時間后又順暢起飛，正常工作。而對無人機電子元件的保護就成了當務之急。研討團隊首要將CRACUNS上的敏感部件密封進一種干壓力容器內，然后，將露出在外的馬達運用市場上出售的保護涂料進行防水處理。最后發現，研討者們將造好的無人機在海水中淹沒了兩個月今后，發現毫無損壞的痕跡，而且CRACUNS仍然能夠滿負荷地工作。

      CRACUNS主要由3D打印部件和防水涂料構成，制造本錢也低，因此，適合大量生產，在實行高風險任務時，可作為一次性運用工具來用。一同也能用于非軍事用途，比如，作為一種低本錢的無人機幫助監控海洋等。不過這款3D打印的防水無人機仍處于原型時期，如今它只能從水下發射到空中，下一步，科學家們將作出進一步完善它，使其能夠在做完空中任務后還能鉆入水底。

 6、2014年12月份Essex航空母艦上就3D打印了一架無人機，這個無人機被設計為可加載一部發報機和一個微型攝像機，它能夠將實時視頻傳送給船上水手戴著的一個頭戴式顯示器上。顯然它的任務是監控船只，以幫助制止海上的毒品走私和搶掠行為。

拿無人機的制造來說，只要有飛行控制器和主要部件，其它的都可以根據船上的需求進行定制，無論它是四個旋翼還是八個、十六個都不重要，尺寸多大多小也不是問題。只要電子系統不變，水手們就可以根據自己的需求創建一個飛行平臺。有關這些無人機的數據文件可以從陸地通過衛星傳送到Essex航空母艦，最終傳送到艦隊的其它艦艇上，然后這些數據文件可以在幾個小時內被3D打印出來。然后又艦上人員將其與艦上存儲的其它電子器件組裝在一起，以創建出所需要的幾乎任何類型的無人機。

這樣船舶只需帶著少量無人機上通用的電子元器件離開港口。無人機的主體完全是定制的，由陸地上的研究機構負責設計，迅速傳送到這些艦艇的3D打印機上進行快速制造，而無人機的設計可以根據執行任務的不同進行分別設計。

雖然在Essex航空母艦甲板上進行的測試被認為非常成功，但是研究人員們也遇到了一些問題。即使有少量的風，這些重量輕的無人機都會被吹得無法控制。當然，這不完全是3D打印工藝的問題，普通的小飛機都會遇到這種情況。不過顯然，這種3D打印無人機還有很大的提升空間。

7、來自新加坡南洋理工大學的工程師們找到全新方法，不但可以通過3D打印來完成無人機的制造，而且還能夠將其需要的電子部件一并完成組裝。

菲利普·基恩（Philip Keane）是在該大學3D打印中心工作的一名博士生，他設計的無人機采用了航空級材料，該產品在3D打印機中被打印完成之后，基本就可以直接起飛了。

基恩表示，他面對的最大挑戰就是：如何讓這些電子器件能夠經受住打印過程中產生的高溫考驗。他們通過在器件外增加一些耐高溫的保護層來克服了這一難題。

他的設計大約需要14小時來打印完成，其間會暫停3次，以便在機身內放置相應的電子器件。最后，只需裝配電動機以及螺旋槳，無人機就可以升空了。

基恩采用的打印材料稱之為“ULTEMTM 9085”，這是一種高強度、輕量型熱塑性塑料，以往被用于商用飛機的制造。基恩表示，在該材料的幫助下，無人機格外結實，能夠運送超過60公斤重的貨物。

目前，整個生產過程中的問題已經被解決，基恩的下一個目標是減少無人機自身的重量，同時提升它的耐用性以及改善飛行力學性能。

8、瑞士洛桑聯邦理工學院的一個研究小組最近取得了一些進展，但過去由于尺寸要求較大，這一特殊應用受到限制。他們利用3D打印技術開發了一種創新的折紙靈感的新型無人機，可以攜帶重達500克的包裹。
 
　　無人機的主要創新是由NCCR機器人公司資助的EPFL智能系統實驗室開發的，它被設計成環繞需要交貨的物品。它有一個可折疊的碳纖維籠子，可以包裹物品，與包裝一樣，也可以保護無人機和貨物，防止碰撞或跌落。只需要一個動作就可以折疊或展開籠子，使其體積減少90%以上，便于運輸。
 
　　無人機的部件是使用3D打印技術生產的，以減輕重量。無人機采用四種不同的旋轉螺旋槳，具有特殊的安全系統，當無人機的碳纖維架保持打開時，可以阻止旋轉螺旋槳旋轉。這意味著交貨將會更有效率，因為接收者可以伸出手來抓住無人機以獲得貨物。
　　此外，用戶可以通過使用智能手機或其他移動設備的應用程序進行遠程控制和跟蹤無人機，但它被設置為自主飛行，由EPFL研究人員編寫的專有軟件。該無人機在EPFL校園進行了測試，作為在它最終進入商業分銷之前的概念證明。
9、歐洲航空業巨頭空客公司打印出了全球首架3D迷你飛機，名為“雷神（Thor）”，即“高科技目標在現實中的測試（Test of High-tech Objectives in Reality）”的首字母縮寫，這架飛機本周在柏林空展中首次亮相。

“雷神”是一架無窗無人機，重21千克，長不超過4米。“雷神”項目負責人在國際航空航天博覽會上表示，我們用它來測試3D打印技術的潛能。我們想知道3D打印技術是否能打印整體系統，而不僅只打印零件，以此來加快整個開發進程。別看它只像個模型，這家無人駕駛螺旋槳飛機可是航天技術中的先驅，我們可以借此展望未來3D打印技術能節省大量時間，燃料以及金錢。這架飛機除了電器元件外，其它部分幾乎完全是基于聚酰胺材料打印而成。飛機首席工程師Gunnar Haase表示，試飛時該飛機“飛行十分順利、穩定”。

空客公司及其其同行波音公司都在利用3D打印技術打印一些飛機部件，例如空客的A350與波音的B787夢幻飛機。柏林霍夫曼創新集團總經理Jens Henzler表示，打印零件的優勢在于無需使用工具，而且制造非常迅速。金屬部分也比過去更輕30%-50%，并且幾乎完全沒有工業廢料。

3D打印技術不會止步于打印飛機，一些工程師正在探尋在太空中運用的可能性。歐洲航天局（ESA）預計將在2020年發射裝備3D打印零件的阿麗亞娜6型火箭。基于此，阿麗亞娜6型火箭標價大約比其前代阿麗亞娜5型火箭便宜一半。新型3D打印機能打印出40厘米長的零件，并且能在非常復雜的設計中起到重要作用。

除了能節約時間和金錢，3D打印技術還有生態環境效益。輕型飛機所消耗的燃料比傳統的重型飛機更少，意味著它們向大氣排放更少的污染氣體。在未來20年，空中運輸預計將翻倍增長，因此，減少碳排放量迫在眉睫。

德國信息產業、電信和新媒體協會(Bitkom)進行的一項調查表明，就職于航天部門的102名員工中，許多人都相信3D打印技術是航天工業的未來。事實上，70%的參與者相信，2030年前，航天備件將會直接在機場打印，51%的參與者希望到那時整架飛機都能通過3D打印制造。

10、Flirtey曾經用他們的3D打印無人機來送貨到市區，也曾經將急救食品送到內華達州區。而現在，Flirtey再一次創造歷史，將裝滿雞肉三明治、甜甜圈、咖啡、糖果盒飲料的一包零食直接送到客戶手里。

11、很多人都認為無人機的用處僅僅是娛樂，但是現在無人機已經證明了自己越來越多的用處。無論是代替人工進行外賣速遞，還是作為災區物資運輸設備，無人機也逐漸受到了越來越多人的重視。KAYRYS的誕生對災后恢復起到重要作用，而且還為一些交通不便之處提供醫療救援和物資輸送。


創造歷史：711與Flirtey聯合打造無人機送餐方式


SlidX推為災區提供醫療救助的3D打印無人機KAYRYS。

12、如果有關注3D打印在線的朋友相信已經不是第一次聽到無人機送貨的新聞了。而此次亞馬遜著手開發高科技無人機用于未來的貨物運輸，卻是該公司的第一次。這個項目被命名為“PrimeAir”，外界對這個項目的評價褒貶不一。不過，亞馬遜卻一直將這個項目視為未來電子商務物流中的一個重要環節。


亞馬遜借3D打印技術制造運輸快遞的無人機