无人机遇上3D打印机 解锁无限应用场景
无人机遇上3D打印机 将迎来井喷发展新时代
2016年初，媒体报道美国陆军欲开发一项新技术，用3D打印的方式在战场现场制造小型无人机，旨在以最短时间响应前线士兵的不同需求，同时降低装备成本。战地无人机制造使用计算机辅助设计软件，按照士兵的任务需求个性化定制多种无人机，从士兵发出请求至无人机投入使用，整个过程不超过24小时。
这种现做现用的模式，给无人机制造商一个新的启示。由于3D打印技术的出现，让无人机的设计与生产成本都大幅下降，中国无人机装备发展从前沿技术走向了体系化、实用化，并已经在关键民用领域得到了越来越广泛的应用，在新技术的推动下迎来井喷式发展。继而，大批无人机生产商崭露头角，最近就连某手机制造商也参与到无人机市场中。那么，在激烈的市场竞争中，如何让自己处于上风呢。这对企业来说，最重要的就是效率和成本。
3D打印的飞机模型
以往在无人机的研发阶段，企业通常需要进行各种各样的实验。根据传统的做法，他们把脑海中的想法变为实物，要画图纸，再由业务部门找流程工厂制造，然后才能拿取实物，这至少需要一个月的时间。而采用3D打印技术，只要3D图纸一出来，几个小时就可将产品送到需求者手中。
3D打印因此被称为"具有工业革命意义的制造技术"，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成立体模型，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。而且3D打印的无人机零配件，硬度与韧度都能达到直接使用的需求，因而成为一种快速制造零配件的手段，助力无人机行业的快速发展。
3D打印的无人机模型
一、国内目前3D打印在无人机领域的应用现状
据中国知名3D打印机制造商极光尔沃公司2015年度销售数据透露，他们目前拥有大量的无人机合作案例，并且增势明显。无人机公司用3D打印机做什么呢？带着好奇，笔者走访多家无人机以及相关产业的企业。
笔者走进一家主要为无人机提供零配件的制造公司，只见3D打印机排排坐，正有条不紊地打印着。3D打印机与无人机究竟能擦出什么火花？笔者问企业负责人：“这些在打印的是什么东西？”
企业负责人说：“这些都是无人机的附属零配件，这个是抛物面信号增强器，加个铝膜就可以直接使用了。”
“这个是无人机的电机座配件，可以预防无人机开裂，相当于保护、加固的作用，万一摔坏了还能进行修复。”
“这个是无人机的脚架延长支架，也是起到一个缓冲保护的作用，可以预防无人机降落时直接接触地面造成损坏。”
原来如此，不了解还不知道，3D打印机与无人机的关系竟然这么密切。
笔者接着问：“这在以前没有3D打印，是怎么制造这些零件的。”
负责人：“以前制造这些就需要开模，成本高！而且我们的生产规模不是很大，无人机这个东西毕竟是个人玩家居多，开模进行大规模生产可能会亏本也说不定，而且还需要一些人工成本。”
“所以我们尝试着用3D打印机来制造，节省了不必要的开模成本。只要做出设计图纸，就可以直接打印出来了，而且打印出来的零部件硬度和韧性，以及各方面能满足要求，可以直接使用。目前我们在网上有直接销售这些3D打印的零配件，利润也不错。”
二、目前全球3D打印在无人机领域的案例汇总
理论上，除了核心的技术部分，3D打印无人机的机身或者其他配件完全是可以实现的。据网上有流传，国外有高级玩家还提供了无人机的完整图纸，已经有达人照着图纸3D打印除了完整的无人机框架。另外，国内外也屡屡有新闻传出，3D打印的无人机或者客机的部件等新闻。以下为3Xmaker为大家汇总的全球3D打印无人机相关典型案例：
1、英国皇家海军HMS Mersey号在英格兰南部海岸测试了一款造价低廉的3D打印的无人机。
这台喷气式飞机造型的无人机重约3千克，使用一个三米长的弹射器发射升空，然后按照预编程的飞行路线飞行了五分钟后降落在一个布满卵石的海滩上。
值得注意的是该无人机的主要结构部件是在岸上利用3D打印制成的，然后再在船上完成了安装。该实验的目的是为了验证在必要的时候，一次性的廉价无人机有巨大的军用价值，而且还能让船员快速执行新任务。
英国海上作战中心无人机主管Geoff Hayward称，在军事意义上，采用工厂大规模生产的无人机灵活性不够高，而专门定制的成本又太高。利用3D打印技术制备廉价的专用无人机则能够很好地满足军用的需求。
在测试之前，关于这种无人机的抗风能力和稳定性还不为人知。来自与军方合作的3D打印公司称他们已经开始在寻找将相关技术推向民用化的途径。
Sulsa无人机镜头捕捉到的画面
这款无人机（称为Sulsa）翼展1.5米，采用螺旋桨驱动，是由南安普敦大学开发设计的。该无人机的四个主要部分由3d打印机制作完成，组装时使用激光将尼龙粉末融合到一起。值得注意的是，这款无人机中的铰链控制的表面组件，如方向舵和副翼，都是利用3D打印制作的。当然，电子件部分还是预先准备好的。完成后的无人机还可以加装传感器和雷达等，甚至可以安装炸弹。其飞行的速度可以达到160千米每小时。
事实上，将无人机应用于海军已有先例，但之前的无人机因为价格昂贵而难以进行大规模应用。
据研究人员称，制造一台Sulsa的成本仅为数千美元，和以前的专用军事无人机上百万美元的造价相比优势非常明显。但在续航方面却不够给力——只能续航40分钟，这点时间在追踪海盗等方面是远远不够的。不过既然这么便宜，失去了一个就再派出另一个就好了。
研究人员设想军方可以携带部分定制好的组件、3D打印机、原料和各种传感器出海执行任务，在需要的时候，只需要根据条件选择合适的组合方式就可以了。但是打印一台完整Sulsa的零件需要几个小时的时间，在需要快速反应的任务中，可能就没那么实用了。
2、2015年俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机，重3.8公斤，翼展2.4米，飞行时速可达90至100公里，续航能力1至1.5小时。
公司发言人弗拉基米尔·库塔霍夫介绍，公司用两个半月实现了从概念到原型机的飞跃，实际生产耗时仅为31小时，制造成本不到20万卢布（约合3700美元）。
3、2015年，美国无人飞行器制造商Aurora?Flight?Sciences推出了世界首架3D打印喷气式无人机，航速可达241km/h。它的面世也意味着人类3D打印的技术又上了一个台阶。
4、2014年，一个来自英国谢菲尔德大学先进制造研究中心的工程师团队成功通过3D打印制作出一架无人机，不仅仅如此，整个打印过程只花费了不到24个小时，且只使用ABS塑料为基本材料，制作成本极低。整个制作过程的速度如此之快的原因，当然也是打印该无人机最关键的在于熔融成积模型技术，它用热塑性塑料层层制作出出来快捷方便。
5、美国约翰霍普金斯大学运用物理实验室近期运用3D打印技术开发出了一个可靠的海上空中无人机CRACUNS，说白了它是一种水陆两栖型的无人机，这款无人机能够潜入水下长达数月而不会烂或许损坏，而一旦接收到信号，就能够立即从水下升到水面，继续飞翔，能够接多种任务。
这个项目源于美国海军，军方期望能够制造出一种一同具有水下和空中飞翔功用的无人机，该实验室与该校研讨和勘探开发系的制造专家协作，开发出了一个不需要金属结构件和机械加工表面的3D打印无人机机体。
发起这一项目，首要需要处理的问题即是机身重量问题。无人机必须有一个非常轻的复合机身，它需要进入水中，而且能够承受一定的压力。因此，他们需要用到最具创新性、最抢先的制造技术和增材制造技术（即3D打印）。
其次，还有一个难题即是，怎样确保无人机能够有用在水中呆很长一段时间后又顺畅起飞，正常工作。而对无人机电子元件的保护就成了当务之急。研讨团队首要将CRACUNS上的敏感部件密封进一种干压力容器内，然后，将露出在外的马达运用市场上出售的保护涂料进行防水处理。最后发现，研讨者们将造好的无人机在海水中淹没了两个月今后，发现毫无损坏的痕迹，而且CRACUNS仍然能够满负荷地工作。
CRACUNS主要由3D打印部件和防水涂料构成，制造本钱也低，因此，适合大量生产，在实行高风险任务时，可作为一次性运用工具来用。一同也能用于非军事用途，比如，作为一种低本钱的无人机帮助监控海洋等。不过这款3D打印的防水无人机仍处于原型时期，如今它只能从水下发射到空中，下一步，科学家们将作出进一步完善它，使其能够在做完空中任务后还能钻入水底。
6、2014年12月份Essex航空母舰上就3D打印了一架无人机，这个无人机被设计为可加载一部发报机和一个微型摄像机，它能够将实时视频传送给船上水手戴着的一个头戴式显示器上。显然它的任务是监控船只，以帮助制止海上的毒品走私和抢掠行为。
拿无人机的制造来说，只要有飞行控制器和主要部件，其它的都可以根据船上的需求进行定制，无论它是四个旋翼还是八个、十六个都不重要，尺寸多大多小也不是问题。只要电子系统不变，水手们就可以根据自己的需求创建一个飞行平台。有关这些无人机的数据文件可以从陆地通过卫星传送到Essex航空母舰，最终传送到舰队的其它舰艇上，然后这些数据文件可以在几个小时内被3D打印出来。然后又舰上人员将其与舰上存储的其它电子器件组装在一起，以创建出所需要的几乎任何类型的无人机。
这样船舶只需带着少量无人机上通用的电子元器件离开港口。无人机的主体完全是定制的，由陆地上的研究机构负责设计，迅速传送到这些舰艇的3D打印机上进行快速制造，而无人机的设计可以根据执行任务的不同进行分别设计。
虽然在Essex航空母舰甲板上进行的测试被认为非常成功，但是研究人员们也遇到了一些问题。即使有少量的风，这些重量轻的无人机都会被吹得无法控制。当然，这不完全是3D打印工艺的问题，普通的小飞机都会遇到这种情况。不过显然，这种3D打印无人机还有很大的提升空间。
7、来自新加坡南洋理工大学的工程师们找到全新方法，不但可以通过3D打印来完成无人机的制造，而且还能够将其需要的电子部件一并完成组装。
菲利普·基恩（Philip Keane）是在该大学3D打印中心工作的一名博士生，他设计的无人机采用了航空级材料，该产品在3D打印机中被打印完成之后，基本就可以直接起飞了。
基恩表示，他面对的最大挑战就是：如何让这些电子器件能够经受住打印过程中产生的高温考验。他们通过在器件外增加一些耐高温的保护层来克服了这一难题。
他的设计大约需要14小时来打印完成，其间会暂停3次，以便在机身内放置相应的电子器件。最后，只需装配电动机以及螺旋桨，无人机就可以升空了。
基恩采用的打印材料称之为“ULTEMTM 9085”，这是一种高强度、轻量型热塑性塑料，以往被用于商用飞机的制造。基恩表示，在该材料的帮助下，无人机格外结实，能够运送超过60公斤重的货物。
目前，整个生产过程中的问题已经被解决，基恩的下一个目标是减少无人机自身的重量，同时提升它的耐用性以及改善飞行力学性能。
8、瑞士洛桑联邦理工学院的一个研究小组最近取得了一些进展，但过去由于尺寸要求较大，这一特殊应用受到限制。他们利用3D打印技术开发了一种创新的折纸灵感的新型无人机，可以携带重达500克的包裹。
无人机的主要创新是由NCCR机器人公司资助的EPFL智能系统实验室开发的，它被设计成环绕需要交货的物品。它有一个可折叠的碳纤维笼子，可以包裹物品，与包装一样，也可以保护无人机和货物，防止碰撞或跌落。只需要一个动作就可以折叠或展开笼子，使其体积减少90%以上，便于运输。
无人机的部件是使用3D打印技术生产的，以减轻重量。无人机采用四种不同的旋转螺旋桨，具有特殊的安全系统，当无人机的碳纤维架保持打开时，可以阻止旋转螺旋桨旋转。这意味着交货将会更有效率，因为接收者可以伸出手来抓住无人机以获得货物。
此外，用户可以通过使用智能手机或其他移动设备的应用程序进行远程控制和跟踪无人机，但它被设置为自主飞行，由EPFL研究人员编写的专有软件。该无人机在EPFL校园进行了测试，作为在它最终进入商业分销之前的概念证明。
9、欧洲航空业巨头空客公司打印出了全球首架3D迷你飞机，名为“雷神（Thor）”，即“高科技目标在现实中的测试（Test of High-tech Objectives in Reality）”的首字母缩写，这架飞机本周在柏林空展中首次亮相。
“雷神”是一架无窗无人机，重21千克，长不超过4米。“雷神”项目负责人在国际航空航天博览会上表示，我们用它来测试3D打印技术的潜能。我们想知道3D打印技术是否能打印整体系统，而不仅只打印零件，以此来加快整个开发进程。别看它只像个模型，这家无人驾驶螺旋桨飞机可是航天技术中的先驱，我们可以借此展望未来3D打印技术能节省大量时间，燃料以及金钱。这架飞机除了电器元件外，其它部分几乎完全是基于聚酰胺材料打印而成。飞机首席工程师Gunnar Haase表示，试飞时该飞机“飞行十分顺利、稳定”。
空客公司及其其同行波音公司都在利用3D打印技术打印一些飞机部件，例如空客的A350与波音的B787梦幻飞机。柏林霍夫曼创新集团总经理Jens Henzler表示，打印零件的优势在于无需使用工具，而且制造非常迅速。金属部分也比过去更轻30%-50%，并且几乎完全没有工业废料。
3D打印技术不会止步于打印飞机，一些工程师正在探寻在太空中运用的可能性。欧洲航天局（ESA）预计将在2020年发射装备3D打印零件的阿丽亚娜6型火箭。基于此，阿丽亚娜6型火箭标价大约比其前代阿丽亚娜5型火箭便宜一半。新型3D打印机能打印出40厘米长的零件，并且能在非常复杂的设计中起到重要作用。
除了能节约时间和金钱，3D打印技术还有生态环境效益。轻型飞机所消耗的燃料比传统的重型飞机更少，意味着它们向大气排放更少的污染气体。在未来20年，空中运输预计将翻倍增长，因此，减少碳排放量迫在眉睫。
德国信息产业、电信和新媒体协会(Bitkom)进行的一项调查表明，就职于航天部门的102名员工中，许多人都相信3D打印技术是航天工业的未来。事实上，70%的参与者相信，2030年前，航天备件将会直接在机场打印，51%的参与者希望到那时整架飞机都能通过3D打印制造。
10、Flirtey曾经用他们的3D打印无人机来送货到市区，也曾经将急救食品送到内华达州区。而现在，Flirtey再一次创造历史，将装满鸡肉三明治、甜甜圈、咖啡、糖果盒饮料的一包零食直接送到客户手里。
11、很多人都认为无人机的用处仅仅是娱乐，但是现在无人机已经证明了自己越来越多的用处。无论是代替人工进行外卖速递，还是作为灾区物资运输设备，无人机也逐渐受到了越来越多人的重视。KAYRYS的诞生对灾后恢复起到重要作用，而且还为一些交通不便之处提供医疗救援和物资输送。
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SlidX推为灾区提供医疗救助的3D打印无人机KAYRYS。
12、如果有关注3D打印在线的朋友相信已经不是第一次听到无人机送货的新闻了。而此次亚马逊着手开发高科技无人机用于未来的货物运输，却是该公司的第一次。这个项目被命名为“PrimeAir”，外界对这个项目的评价褒贬不一。不过，亚马逊却一直将这个项目视为未来电子商务物流中的一个重要环节。
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