基于3D打印的无人机装备研发

胡嘉琪

（美国加州大学伯克利分校，美国加州 94720）

1.3D打印技术概述

1.1 3D打印技术工作原理

3D打印机是在计算机相关技术以及传统打印机基础上生成的一种高科技技术，3D打印机也是通过电脑控制来进行的，只不过是在电脑相关技术的支持下，将打印材料叠加到一起，而后通过计算机控制，来将计算机中的零件蓝图通过3D打印机制造出来。这种技术不仅能够大幅度降低零件制造的工作难度，还能够保证零件的精准度，对于相关行业有着重要的应用作用和意义。

1.1.1 三维设计

三维设计是进行3D打印的关键所在。在进行3D打印前先需要利用计算机中3D MAX等动画建模软件将想要打印的零件蓝图进行制造，而后在将蓝图设置为一层一层的结构，以达到与3D打印机中材料对称的目的，便能够通过计算机设计软件与3D打印机之间的连接来进行接下来的零件3D打印工作[1]。

1.1.2 打印过程

3D打印机在接收到计算机传达出来的指令之后，便会通过读取文本中的相关信息，利用自身液体状、粉状等特定的材料来对零件截面逐层打印，在通过相应的粘合方式将所有的零件截面整合为一个整体，以此来实现对零件结构3D打印的目的。不过在进行3D打印过程时需要时刻注意材料是否充足，一旦材料不够便可能发生零件打印中断等现象。

1.1.3 完成打印

3D打印技术能够很好地完成精密程度较高的零件的制造，存在着一些需要使用辅助物打印的零件，因此在完成零件3D打印之后还需要根据实际情况来对零件进行一定程度上的打磨，能够使得零件外表更加的光滑，将一些不必要的辅助物去除掉，从而达到保证零件完整的目的。

1.2 3D打印技术存在的不足

3D打印技术虽然已经较为成熟，但其也仍然存在着一些不足之处，其中最影响3D打印技术发展的便是材料和机器的限制，3D打印技术虽然已经具有了较高的普及程度，但是对于一些较为特殊的材料其还是无法进行应用，导致3D打印技术无法满足所有物品制造的需求，同样机器的性能也是限制3D打印技术应用的因素之一，现如今3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，大多数静态物体均能够通过3D打印技术打印出来，但是其对于运动的物体却没有打印能力，这也是3D打印技术未来发展所要解决的问题之一。3D打印技术对于相关应用行业未来的发展来说有着重要的作用，只有不断地通过对自身技术的革新，将不足之处进行完善，才能够更好地服务于相关行业中。

1.3 3D打印技术的发展现状

3D打印技术的概念出现于1986年，但是从2011年开始，3D打印技术才在全球掀起热潮，同时随着其技术的愈加成熟，我国对于3D打印技术也是越来越重视，现如今3D打印技术已经应用到了越来越多的领域之中，从最开始的机械零件打印，到现在的航天零件、无人机装备研发以及生物3D打印等，3D打印技术正在以其先进的物品制造方式占据越来越大的应用市场。

在我国整体市场中，3D打印技术目前还只是应用于高端产品制造当中，一方面是因为其具有高昂的引用成本，且还存在着一些不足之处，无法满足所有行业的需求，另一方面则是因为其自身性能的因素，3D打印技术更加适合于高端产品的制造，这样才能够保证成本支出与收益成正比。不过随着3D打印技术的愈加成熟，其使用成本也会在技术不断进步中逐渐下降，同时其功能也将满足于越来越多用户的需求，从而慢慢能够达到覆盖所有需求市场的目的。

2基于3D打印的无人机装备研发

2.1 3D打印技术应用于无人机装备研发的必然性

无人机也就是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，根据作用目的不同能够将其分为军用和民用两种，但无论是哪种无人机都会自身各个方面装备的研发有着较高的要求，而3D打印技术则是一种能够满足无人机装备研发的新技术，因此3D技术的应用对于无人机装备研发有着必然性存在[2]。

2.1.1 传统无人机装备研发制造工艺无法满足无人机的发展需求

在传统无人机装备研发制造工艺中通常需要相关研发人员对无人机各个部位的装备在纸上进行设计，而后在通过机床等机器设备根据零件数据对其进行模具制造，这样不仅需要浪费大量的时间，还需要投入大量的资金成本，而且还无法保证无人机装备研发的精准度与可靠性，有浪费材料的可能性，不利于推动无人机装备研发的整体进程。

随着无人机技术的愈加成熟，其对零件装备的要求也是越来越苛刻，传统的制造工艺已经逐渐无法满足无人机对于装备精准度以及其他方面的需求，即使通过传统制造工艺研发制造出无人机装备，也无法使其发挥出应有的作用。传统无人机装备研发制造工艺技术已经跟随不上无人机的发展需求，只有通过引进3D打印技术这样更加先进的技术才能够保证无人机相关行业更加快速的发展。

2.1.2 3D打印技术为无人机装备研发提供了可靠的技术支持

3D打印技术作为无人机装备研发领域中应用的一种新兴技术，对于无人机装备研发有着重要的推动作用，研发人员只需要在计算机上通过3D MAX等软件便可以对无人机各个方面的装备进行设计，而后通过3D打印机便能够将设计好的无人机装备进行打印，不仅能够大幅度减少无人机装备研发的时间，还能够在一定程度上减少无人机装备的研发成本支出。

3D打印技术同样也是无人机未来发展的可靠技术支持，一方面是因为其能够满足无人机装备制造的各种需求，无论多么复杂的装备零件都能够打印出来，另一方面则是因为3D打印技术对于减小研发人员的工作强度也有着一定的帮助，能够在保证无人机装备研发质量的同时为其提供最为合适的研发空间，更加有利于无人机行业未来的发展。

2.2 3D打印技术在无人机装备研发中应用的优势

无人机装备研发也是3D打印技术应用的主要行业之一，一方面是因为通过使用3D打印技术能够更好把控无人机装备的精准性，另一方面则是因为3D打印技术能够满足无人机装备研发较多的需求，更加有利于无人机装备的研发生产。

2.2.1 经济性

使用3D打印技术进行无人机装备研发能够节约大量的研发成本，因为3D打印技术在打印过程中是根据计算机指令进行工作的，能够保证材料的充分使用，无人机装备打印需要使用多少打印材料，3D打印机便会根据其打印材料需求使用多少材料，不会造成浪费打印材料的现象发生。

而且使用3D打印机还能够避免模具的制造，只需要根据计算机软件进行相关无人机装备研究设计即可，不需要在利用其他材料和时间来制造无人机装备模具。且3D打印机较小的体积也为无人机装备研发省掉了厂房以及生产线的设置，在保证无人机装备研发质量的同时减少了生产成本，对于无人机相关行业发展起到了重要的推动作用。

2.2.2 时效性

无人机装备研发具有较为复杂的加工和装配工艺，在以往的传统无人机装备研发技术中不仅需要浪费大量的人力财力资源，还需要消耗大量时间的成本，研发周期往往都比较长，而且研发效果也不是很尽人意，既会浪费大量的相关成本支出，还无法保证无人机装备研发结果的可靠性，非常不利于无人机行业未来的发展。

而3D打印技术在无人机装备研发中的应用则能够发挥出其时效性的优势，一方面其能够通过自身技术保证无人机装备的精准度，确保其研发出来以后功能的完美实现，另一方面

3D打印技术能够在大幅度缩减无人机装备的研发周期，而且还可以进行无人机装备的快速制造，在一定程度上有利于提升相关无人机装备研发企业的整体工作效率。

2.2.3 制造复杂零件优势明显

无人机属于一种零件较多、装备较为复杂多样的机械，通过3D打印技术来实现无人机装备的研发，能够更好地保证无人机的整体质量。像传统的无人机装备研发技术，不仅需要根据不同装备的需求进行对应模具的研制，具有较高的前期研发成本支出，而且还不能够保证装备的精准程序，经常会发生因为人为因素而导致零件不符合使用需求的问题。

而3D打印技术则完全没有这方面的顾虑，根据不同无人机装备的研发需求，研发人员只需要通过计算机相关软件程序便能够完成前期装备设计，并且即使后期制造使用中存在着一定的使用差异，也能够快速地在软件上对其进行整改，不影响无人机装备研发的整体进程。无论是简单的无人机装备还是较为复杂的无人机装备，都能够根据相关软件进行设计，既能够保证无人机装备精度，又能够消耗更少的时间和材料成本。因此可以看出使用3D打印技术在无人机复杂装备零件的研发制造中有着更多的应用意义。

2.2.4 材料选择的多样性

根据无人机装备的不同特性需要选择不同的材料来进行相关装备的制造，在传统无人机装备研发过程中依靠人力来完成不同材料之间的融合，既存在着较大的失误风险概率，又不能够完全把握好不同材料间的数量选取。而3D打印技术则只需要在计算机程序中输入相关的材料需求数据，3D打印机便能够自行将不同原材料融合到一起进行无人机装备的制造，而也正是材料选择的多样式使得3D打印技术能够满足较多类型无人机装备的研发，更加有助于推动无人机相关行业的快速发展。

3.3D打印技术在无人机装备研发中的具体应用

3D打印技术在无人机装备研发上有着多个方面的应用，其中不仅包括了无人机机身装备的研发制造应用，还包括了无人机内部关键性零件以及其他辅助装备的研发制造应用，可以说3D打印技术从根本上实现了无人机装备研发制造的一体化。

3.1 利用3D打印技术制造无人机机身装备

无人机机身是容纳所有无人机零件的主要结构，机身各个方面的大小以及厚度都是不一致的，而且机身上还需要制造一些用于连接其它内部零件装备的孔洞。因此其对3D打印也有着较高的要求，不仅需要满足无人机机身功能的需求，还需要使得其外观较为美观。例如Nano-Racing无人机在研发过程中便应用了FDM、SLA和SLS三种不同的3D打印技术，其中SLA 和SLS 3D打印是通过Sculpteo在线3D打印服务来进行的。Nano－Racing无人机之所以灵活地选择不同3D打印工艺，是因为机身不同的部位的需求是不一样的，只有通过不同3D打印技术之间的互补才能够更好地实现无人机机身的制造。

3.2 利用3D打印技术制造无人机关键性部件

无人机内部零件是其正常工作运行的核心所在，也是无人机装备研发的关键所在，研发人员需要根据实际数据对每个关键性部件都进行相应的设计，只有保证了所有部件的精准程度才能够使得无人机更好地进行操作运行，因此无人机关键性部件对于制造工艺同样有着较为苛刻的要求。

利用3D打印技术制造无人机关键性部件便是其在无人机装备研发中的重要应用，一方面是因为不同部件的所需材料以及构造结构都是不一样的，而3D打印技术则能够完全满足其各个方面的要求，能够通过对不同材料的融合将无人机关键性部件装备进行研发制造。另一方面则是因为使用3D打印技术能够保证关键性部件的精度，设计数据为多少，制造出来的精度便为多少，不会受到过多因素的影响，更有利于无人机装备的研发制造。

3.3 利用3D打印技术制造无人机其它辅助装备

无人机除了机身和关键性部位之外，还存在着一些辅助装备，而这些辅助装备同样可以利用3D打印技术来实现，一般辅助装备对于无人机来说虽然没有太过于关键性的作用。但是在增强无人机性能方面却有着较为明显的作用，因此利用3D打印技术研发制造无人机其它辅助装备同样也是一件比较重要的事情。

4.结语

3D打印技术在无人机装备研发中有着极其重要的应用作用，同样无人机未来的发展也离不开3D打印技术的支持。3D打印技术在社会不断的发展过程中拥有着越来越多的应用市场和愈加广泛的发展前景，但是其在面临着众多机遇的同时也面临着困难和挑战，只有跟随时代的脚步不断地对自身技术进行革新，才能够保证自身3D打印技术在未来市场中仍然占据重要的地位，不断满足未来无人机等越来越多应用行业的需求，从而达到快速推动相关行业甚至是推动社会经济发展的目的。