告别传统制造瓶颈:增材制造如何重塑无人机迭代速度、减重能力和战场适应性
无人机行业正以传统制造根本无法跟上的速度演进。
设计周期被压缩,载荷要求不断变化,而重量限制毫不留情,每节省一克都直接转化为更长的飞行时间。
正是在这种严苛的环境中,惠普的MultiJet Fusion(MJF)技术已悄然确立了自己作为生产级解决方案的地位,而不仅仅是原型制作工具。
负责惠普全球无人系统业务的Gino Balistreri解释说,这种转变是自然而然显现出来的,「大约两三年前,我们开始在我们的合同制造商那里看到大量零件被打印出来。」
始于一个观察的现象逐渐发展成为一个专门的关注领域。
如今,惠普为农业、医疗配送、娱乐、监视、国防以及最后一英里物流等领域的无人机制造商提供支持,其广度凸显了我们的技术已变得如此具有横向相关性。
MJF在无人机应用中的吸引力基于一系列特定优势,能够在不使用支撑结构的情况下生产薄壁、几何复杂的零件,同时其材料特性,尤其是PA12和TPU,在减重与真正的结构韧性之间取得了平衡。
这些并非渐进式的改进。
Balistreri引用了一个案例,其中一家制造商将平台总重量减少了25%,他用无人机的术语描述这个数字为「巨大的航程提升」。
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覆盖全谱系,从FPV竞速到现场部署的应用案例。
现在依赖MJF生产无人机组件的公司范围横跨了整个行业。
Rotor Riot品牌的母公司Unusual Machines,为其SkyLite FPV无人机使用了由Forecast 3D在圣地亚哥采用MJF生产的TPU零件。
材料的柔韧性和抗冲击性使其特别适合FPV平台日常承受的严酷使用条件。
多个组件在一次构建中完成打印,从而减少了装配复杂性并提高了零件一致性。
在另一个极端,西班牙的UAV Works构建了一种可折叠的多旋翼无人机,其96%的结构(包括折叠机构)都是3D打印的。
该平台折叠后小到可以装入背包,并且是围绕MJF能够生产增材制造中最薄壁厚截面的能力进行设计的,当每个结构件都必须证明其重量合理性时,这是一个至关重要的考量因素。
总部位于密歇根的Blueflite从载荷和航程的角度看待这项技术。
他们的最后一英里配送平台使用倾斜电机臂来避免飞行时机身俯仰,这种不同寻常的配置对结构提出了复杂的几何形状要求。
传统方法在强度或重量上引入了限制,而MJF允许团队自由进行重新设计。
结果是在48个打印组件(包括车身面板、电池盖和起落架)上实现了25%的减重。
与此同时,Firestorm则走了完全不同的路线,将MJF能力封装在移动制造单元中,二十英尺的集装箱,可以在现场直接生产无人机组件和备件。

Bush Ranger,为地球上最恶劣的环境而设计。
最引人注目的案例来自EyeAbove的创始人Robert Miller,其Bush Ranger无人机是专门为反盗猎行动开发的。
该项目并非始于技术演示,而是始于一个实际问题。
Miller在南非的一个自然保护区待过一段时间,亲眼目睹了护林员试图在能见度只有三四米的茂密灌木丛中追踪盗猎者的日常现实。
「在很多情况下,他们其实是在打一场必败的仗,」Miller说。
解决方案似乎很直接,为护林员提供空中监视手段。
但在实践中,这绝非易事。
经过研究以及与护林员和反盗猎专家的咨询,一套明确的要求浮现出来,长续航、抗超过60公里/小时的风、防雨防尘、现场可修复性、最少运动部件、易于运输,以及一个能够随时间推移集成新型传感器技术的模块化有效载荷系统。
团队评估了复合材料、泡沫塑料、SLA、FDM和早期一代的粉末床熔融技术,最后才选定了惠普5600系列上的MJF。
每种先前技术都在不同方面存在缺陷。
复合材料需要高压釜和模具,使现场维修变得不切实际。
泡沫塑料会吸引蚂蚁并迅速降解。
SLA零件在运输中损坏。
使用有用壁厚的FDM生产的机身,用Miller的话说,「每次拿起来都会吱吱作响并出现裂纹」。
5600系列解决了早期MJF尝试中困扰已久的公差和表面质量问题。
「巴塞罗那打印的第一个机身完全没有我们过去在其他所有机身上看到的问题,」Miller回忆道,「它坚如磐石。」
关键的是,EyeAbove团队并未将现有机身设计改编为MJF,而是从头开始重建。
该飞行器采用自支撑内部结构,在整个蒙皮上保持一致的0.8mm壁厚截面,这种几何形状之所以成为可能,正是因为粉末床熔融不需要任何支撑材料。
Bush Ranger大部分是3D打印的,完全模块化,并且设计成任何损坏的部分都可以在现场拆卸更换。
PA12的耐用性意味着轻微的损坏通常可以用超强力胶修复,这在最近的技术人员可能远在数百公里之外的环境中是一个有意义的优势。

超越保护,一个为规模而建的平台。
Bush Ranger的首次部署计划在赞比亚的卡富埃进行,与濒危野生动物信托基金和国际鹤类基金会合作,在那里它将监测鹤群和关键栖息地。
从那里开始,该项目将进入大克鲁格地区,在那里正在集成一个用于从高空检测陷阱的合成孔径雷达。
Miller没有预料到的是该项目所引发的商业兴趣。
「每次我们和惠普一起参加展会,军方都会来找我们说,'我们现在就要这个'。」
该飞行器的耐用性、模块化和现场可维修性似乎满足了那些专用国防平台往往难以以可比成本满足的军用采购要求。
商业谈判目前在中东、非洲和美洲展开。
该项目还承载着深思熟虑的社会维度。
「我们将继续面临盗猎问题,因为许多这些社区一无所有,」Miller承认道。
部署计划的一部分包括从当地社区招募无人机飞行员和维修技术人员,将保护技术转化为历史上一直被排除在问题和解决方案之外的群体通往经济参与的途径。
增材制造正在重写无人机开发的规则。
传统无人机制造存在一个结构性问题,设计周期被压缩,重量预算毫无余地,平台必须在远离任何工厂的地方保持可维护性。
惠普的MultiJet Fusion解决了所有这三个问题,不是作为原型制作捷径,而是作为一个生产级平台,用相同的技术和材料服务于从FPV竞速到国防监视的制造商。
更广泛的行业通过不同途径得出了相似的结论。
Firestorm Labs一直在利用3D打印实现无人机组件的快速本地化生产,减少对集中式工厂的依赖,并提高在对抗环境中的适应性。
在国防推进方面,Beehive Industries提前完成了其全增材制造Frenzy发动机的高空测试,硬件检查显示在任务时长运行后磨损极小,该公司将这一结果归因于其增材优先制造策略所实现的耐用性。
在军事战场层面,美国陆军第173空降旅的士兵已经在现场构建和部署了3D打印的FPV无人机,将打印零件与现成组件相结合,将单架无人机成本降至400至500美元,仅为传统采购成本的一小部分。
将这些努力联系在一起的是共同认识到,增材制造在无人机应用中的竞争优势已超越了单件成本。
它关乎迭代速度、摆脱模具限制的自由度,以及在任务需要的任何地方,无论是在实验室、基地,还是非洲灌木丛中的背包里,制造或维修硬件的能力。


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