基于3D打印的無人機裝備研發

胡嘉琪

（美國加州大學伯克利分校，美國加州 94720）

1.3D打印技術概述

1.1 3D打印技術工作原理

3D打印機是在計算機相關技術以及傳統打印機基礎上生成的一種高科技技術，3D打印機也是通過電腦控制來進行的，只不過是在電腦相關技術的支持下，將打印材料疊加到一起，而后通過計算機控制，來將計算機中的零件藍圖通過3D打印機制造出來。這種技術不僅能夠大幅度降低零件制造的工作難度，還能夠保證零件的精準度，對于相關行業有著重要的應用作用和意義。

1.1.1 三維設計

三維設計是進行3D打印的關鍵所在。在進行3D打印前先需要利用計算機中3D MAX等動畫建模軟件將想要打印的零件藍圖進行制造，而后在將藍圖設置為一層一層的結構，以達到與3D打印機中材料對稱的目的，便能夠通過計算機設計軟件與3D打印機之間的連接來進行接下來的零件3D打印工作[1]。

1.1.2 打印過程

3D打印機在接收到計算機傳達出來的指令之后，便會通過讀取文本中的相關信息，利用自身液體狀、粉狀等特定的材料來對零件截面逐層打印，在通過相應的粘合方式將所有的零件截面整合為一個整體，以此來實現對零件結構3D打印的目的。不過在進行3D打印過程時需要時刻注意材料是否充足，一旦材料不夠便可能發生零件打印中斷等現象。

1.1.3 完成打印

3D打印技術能夠很好地完成精密程度較高的零件的制造，存在著一些需要使用輔助物打印的零件，因此在完成零件3D打印之后還需要根據實際情況來對零件進行一定程度上的打磨，能夠使得零件外表更加的光滑，將一些不必要的輔助物去除掉，從而達到保證零件完整的目的。

1.2 3D打印技術存在的不足

3D打印技術雖然已經較為成熟，但其也仍然存在著一些不足之處，其中最影響3D打印技術發展的便是材料和機器的限制，3D打印技術雖然已經具有了較高的普及程度，但是對于一些較為特殊的材料其還是無法進行應用，導致3D打印技術無法滿足所有物品制造的需求，同樣機器的性能也是限制3D打印技術應用的因素之一，現如今3D打印技術在重建物體的幾何形狀和機能上已經獲得了一定的水平，大多數靜態物體均能夠通過3D打印技術打印出來，但是其對于運動的物體卻沒有打印能力，這也是3D打印技術未來發展所要解決的問題之一。3D打印技術對于相關應用行業未來的發展來說有著重要的作用，只有不斷地通過對自身技術的革新，將不足之處進行完善，才能夠更好地服務于相關行業中。

1.3 3D打印技術的發展現狀

3D打印技術的概念出現于1986年，但是從2011年開始，3D打印技術才在全球掀起熱潮，同時隨著其技術的愈加成熟，我國對于3D打印技術也是越來越重視，現如今3D打印技術已經應用到了越來越多的領域之中，從最開始的機械零件打印，到現在的航天零件、無人機裝備研發以及生物3D打印等，3D打印技術正在以其先進的物品制造方式占據越來越大的應用市場。

在我國整體市場中，3D打印技術目前還只是應用于高端產品制造當中，一方面是因為其具有高昂的引用成本，且還存在著一些不足之處，無法滿足所有行業的需求，另一方面則是因為其自身性能的因素，3D打印技術更加適合于高端產品的制造，這樣才能夠保證成本支出與收益成正比。不過隨著3D打印技術的愈加成熟，其使用成本也會在技術不斷進步中逐漸下降，同時其功能也將滿足于越來越多用戶的需求，從而慢慢能夠達到覆蓋所有需求市場的目的。

2基于3D打印的無人機裝備研發

2.1 3D打印技術應用于無人機裝備研發的必然性

無人機也就是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，根據作用目的不同能夠將其分為軍用和民用兩種，但無論是哪種無人機都會自身各個方面裝備的研發有著較高的要求，而3D打印技術則是一種能夠滿足無人機裝備研發的新技術，因此3D技術的應用對于無人機裝備研發有著必然性存在[2]。

2.1.1 傳統無人機裝備研發制造工藝無法滿足無人機的發展需求

在傳統無人機裝備研發制造工藝中通常需要相關研發人員對無人機各個部位的裝備在紙上進行設計，而后在通過機床等機器設備根據零件數據對其進行模具制造，這樣不僅需要浪費大量的時間，還需要投入大量的資金成本，而且還無法保證無人機裝備研發的精準度與可靠性，有浪費材料的可能性，不利于推動無人機裝備研發的整體進程。

隨著無人機技術的愈加成熟，其對零件裝備的要求也是越來越苛刻，傳統的制造工藝已經逐漸無法滿足無人機對于裝備精準度以及其他方面的需求，即使通過傳統制造工藝研發制造出無人機裝備，也無法使其發揮出應有的作用。傳統無人機裝備研發制造工藝技術已經跟隨不上無人機的發展需求，只有通過引進3D打印技術這樣更加先進的技術才能夠保證無人機相關行業更加快速的發展。

2.1.2 3D打印技術為無人機裝備研發提供了可靠的技術支持

3D打印技術作為無人機裝備研發領域中應用的一種新興技術，對于無人機裝備研發有著重要的推動作用，研發人員只需要在計算機上通過3D MAX等軟件便可以對無人機各個方面的裝備進行設計，而后通過3D打印機便能夠將設計好的無人機裝備進行打印，不僅能夠大幅度減少無人機裝備研發的時間，還能夠在一定程度上減少無人機裝備的研發成本支出。

3D打印技術同樣也是無人機未來發展的可靠技術支持，一方面是因為其能夠滿足無人機裝備制造的各種需求，無論多么復雜的裝備零件都能夠打印出來，另一方面則是因為3D打印技術對于減小研發人員的工作強度也有著一定的幫助，能夠在保證無人機裝備研發質量的同時為其提供最為合適的研發空間，更加有利于無人機行業未來的發展。

2.2 3D打印技術在無人機裝備研發中應用的優勢

無人機裝備研發也是3D打印技術應用的主要行業之一，一方面是因為通過使用3D打印技術能夠更好把控無人機裝備的精準性，另一方面則是因為3D打印技術能夠滿足無人機裝備研發較多的需求，更加有利于無人機裝備的研發生產。

2.2.1 經濟性

使用3D打印技術進行無人機裝備研發能夠節約大量的研發成本，因為3D打印技術在打印過程中是根據計算機指令進行工作的，能夠保證材料的充分使用，無人機裝備打印需要使用多少打印材料，3D打印機便會根據其打印材料需求使用多少材料，不會造成浪費打印材料的現象發生。

而且使用3D打印機還能夠避免模具的制造，只需要根據計算機軟件進行相關無人機裝備研究設計即可，不需要在利用其他材料和時間來制造無人機裝備模具。且3D打印機較小的體積也為無人機裝備研發省掉了廠房以及生產線的設置，在保證無人機裝備研發質量的同時減少了生產成本，對于無人機相關行業發展起到了重要的推動作用。

2.2.2 時效性

無人機裝備研發具有較為復雜的加工和裝配工藝，在以往的傳統無人機裝備研發技術中不僅需要浪費大量的人力財力資源，還需要消耗大量時間的成本，研發周期往往都比較長，而且研發效果也不是很盡人意，既會浪費大量的相關成本支出，還無法保證無人機裝備研發結果的可靠性，非常不利于無人機行業未來的發展。

而3D打印技術在無人機裝備研發中的應用則能夠發揮出其時效性的優勢，一方面其能夠通過自身技術保證無人機裝備的精準度，確保其研發出來以后功能的完美實現，另一方面

3D打印技術能夠在大幅度縮減無人機裝備的研發周期，而且還可以進行無人機裝備的快速制造，在一定程度上有利于提升相關無人機裝備研發企業的整體工作效率。

2.2.3 制造復雜零件優勢明顯

無人機屬于一種零件較多、裝備較為復雜多樣的機械，通過3D打印技術來實現無人機裝備的研發，能夠更好地保證無人機的整體質量。像傳統的無人機裝備研發技術，不僅需要根據不同裝備的需求進行對應模具的研制，具有較高的前期研發成本支出，而且還不能夠保證裝備的精準程序，經常會發生因為人為因素而導致零件不符合使用需求的問題。

而3D打印技術則完全沒有這方面的顧慮，根據不同無人機裝備的研發需求，研發人員只需要通過計算機相關軟件程序便能夠完成前期裝備設計，并且即使后期制造使用中存在著一定的使用差異，也能夠快速地在軟件上對其進行整改，不影響無人機裝備研發的整體進程。無論是簡單的無人機裝備還是較為復雜的無人機裝備，都能夠根據相關軟件進行設計，既能夠保證無人機裝備精度，又能夠消耗更少的時間和材料成本。因此可以看出使用3D打印技術在無人機復雜裝備零件的研發制造中有著更多的應用意義。

2.2.4 材料選擇的多樣性

根據無人機裝備的不同特性需要選擇不同的材料來進行相關裝備的制造，在傳統無人機裝備研發過程中依靠人力來完成不同材料之間的融合，既存在著較大的失誤風險概率，又不能夠完全把握好不同材料間的數量選取。而3D打印技術則只需要在計算機程序中輸入相關的材料需求數據，3D打印機便能夠自行將不同原材料融合到一起進行無人機裝備的制造，而也正是材料選擇的多樣式使得3D打印技術能夠滿足較多類型無人機裝備的研發，更加有助于推動無人機相關行業的快速發展。

3.3D打印技術在無人機裝備研發中的具體應用

3D打印技術在無人機裝備研發上有著多個方面的應用，其中不僅包括了無人機機身裝備的研發制造應用，還包括了無人機內部關鍵性零件以及其他輔助裝備的研發制造應用，可以說3D打印技術從根本上實現了無人機裝備研發制造的一體化。

3.1 利用3D打印技術制造無人機機身裝備

無人機機身是容納所有無人機零件的主要結構，機身各個方面的大小以及厚度都是不一致的，而且機身上還需要制造一些用于連接其它內部零件裝備的孔洞。因此其對3D打印也有著較高的要求，不僅需要滿足無人機機身功能的需求，還需要使得其外觀較為美觀。例如Nano-Racing無人機在研發過程中便應用了FDM、SLA和SLS三種不同的3D打印技術，其中SLA 和SLS 3D打印是通過Sculpteo在線3D打印服務來進行的。Nano－Racing無人機之所以靈活地選擇不同3D打印工藝，是因為機身不同的部位的需求是不一樣的，只有通過不同3D打印技術之間的互補才能夠更好地實現無人機機身的制造。

3.2 利用3D打印技術制造無人機關鍵性部件

無人機內部零件是其正常工作運行的核心所在，也是無人機裝備研發的關鍵所在，研發人員需要根據實際數據對每個關鍵性部件都進行相應的設計，只有保證了所有部件的精準程度才能夠使得無人機更好地進行操作運行，因此無人機關鍵性部件對于制造工藝同樣有著較為苛刻的要求。

利用3D打印技術制造無人機關鍵性部件便是其在無人機裝備研發中的重要應用，一方面是因為不同部件的所需材料以及構造結構都是不一樣的，而3D打印技術則能夠完全滿足其各個方面的要求，能夠通過對不同材料的融合將無人機關鍵性部件裝備進行研發制造。另一方面則是因為使用3D打印技術能夠保證關鍵性部件的精度，設計數據為多少，制造出來的精度便為多少，不會受到過多因素的影響，更有利于無人機裝備的研發制造。

3.3 利用3D打印技術制造無人機其它輔助裝備

無人機除了機身和關鍵性部位之外，還存在著一些輔助裝備，而這些輔助裝備同樣可以利用3D打印技術來實現，一般輔助裝備對于無人機來說雖然沒有太過于關鍵性的作用。但是在增強無人機性能方面卻有著較為明顯的作用，因此利用3D打印技術研發制造無人機其它輔助裝備同樣也是一件比較重要的事情。

4.結語

3D打印技術在無人機裝備研發中有著極其重要的應用作用，同樣無人機未來的發展也離不開3D打印技術的支持。3D打印技術在社會不斷的發展過程中擁有著越來越多的應用市場和愈加廣泛的發展前景，但是其在面臨著眾多機遇的同時也面臨著困難和挑戰，只有跟隨時代的腳步不斷地對自身技術進行革新，才能夠保證自身3D打印技術在未來市場中仍然占據重要的地位，不斷滿足未來無人機等越來越多應用行業的需求，從而達到快速推動相關行業甚至是推動社會經濟發展的目的。