DIY 无人机：如何制作无人机

Skydio 或大疆等大型制造商推出的成品无人机价格低廉，购买方便，但所订即所得，针对个人应用自行定制无人机并非易事。

即使是预制无人机套件，相应设计选择也会受到限制，无法针对速度加以优化，也无法充分利用现有材料来节省成本。自制 DIY 无人机可以让您轻松针对自己的独特应用对无人机进行个性化定制。在本指南中，我们将详细介绍无人机的分步制造过程，提供易于获取（和可定制）的材料清单，并介绍不同方法、材料和组件的优势。

在自行制作 DIY 无人机之前（下文会介绍四旋翼无人机的设计过程），您应该了解无人机设计和性能的基本知识。

首先，为什么选择四旋翼无人机？此类无人机可用于无人机竞赛、监控、研究、建筑工地监测等应用。其主要优势在于机动性和悬停能力，因此非常适合犯罪现场监视或农业测绘等监测应用。相比之下，国防工业中使用的无人机（即“固定翼”无人机）与飞机相似，主要用于长飞行时间和负载重型载荷。

虽然完全可以 DIY 制作固定翼无人机，但其升降过程比较复杂，如果是第一次制作和设计，四旋翼无人机的设计会更简单明了。

四旋翼无人机通过马达向下推动空气，从而产生“升力”，升离地面。在四旋翼无人机中，其中两个马达顺时针旋转，另外两个则逆时针旋转。这些相互对立的力使四旋翼无人机保持平衡；可以这样理解：直升机通过主旋翼产生升力，那就必须依靠尾部的小旋翼来保持平衡，才能水平飞行，而四旋翼无人机通过调节两种不同升力的作用来实现空中平衡。

DIY 无人机机架非常重要－该组件占无人机尺寸的绝大部分，因此必须具备耐用、轻便且坚固的特性。机架还可以用作电子设备的底座和马达臂的中央连接点。无人机尺寸的衡量标准是相邻两片螺旋桨叶片之间的距离，因此“550 无人机”是指从一片螺旋桨叶尖到另一片螺旋桨叶尖的距离为 550mm。大多数 FPV 无人机（如最热门的大疆型号）的直径约为 200 至 300mm，通常快速灵活。然而，这些无人机机身虽然灵活性更强，但飞行时间往往相应缩短－由于机身较小，无法搭载大容量电池－因此飞行时间通常不足一小时。

大多数批量生产的无人机机架均使用注射塑料，如 ABS 塑料。在 DIY 无人机时，可以购买 ABS 部件作为机架和旋翼臂，也可以购买碳纤维机架（此类机架易于加工和组装）。或者，也可以借助 3D 打印设计一款专属定制机架，使其完全适配您的实际应用场景，将马达、电线、电池和导航组件整合在一起（这些组件通常难以组合）。归根结底，DIY 无人机全凭您自己发挥，而 3D 打印则进一步提高了自由度，彻底打破了预制 DIY 无人机“套件”的局限。

SLA 3D 打印机可以使用如 Formlabs 的 Tough 1500 Resin V2 等材料制作无人机机架，实现与注射聚丙烯相同的抗冲击性能。或者选择 Nylon 12 Tough Powder 等 SLS 粉末，在打印过程中无需支撑结构，从而优化有机几何形状，提供出色的强度重量比。

^{3D 打印材料已经取得了长足的进步，可以承受反复的应力和冲击，同时还能保持功能性。Tough 1500 Resin V2（左）等 Formlabs SLA 树脂和 Nylon 12 Tough Powder（右）等 SLS 粉末经设计具有功能性强度和抗冲击性，非常适合无人机应用。}

在选择组件之前，自行设计并制造无人机首先应回答以下问题来设置一些初始参数：

• 应用：如何针对预期应用优化设计？

  • 所有无人机都需要平衡结构完整性和重量，以便支撑有效载荷，而不会过快耗尽电源。 

  • 无人机快递需要体积大、动力强，才能运载重物。竞速无人机需要重量轻、机动性强，而监控无人机则需要优化设计，以便安装高质量摄像系统。 

• 法规：需要注意哪些法规？ 

  • 法规因国家/地区而异。例如，在美国，对于重量在 250 克以下的无人机，操作人员无需持有 FAA 许可证即可飞行（用于娱乐目的），而如要操作不低于 250 克的无人机，操作人员则需要由持有 FAA 许可证并在某些地区申请当地的飞行许可。如需获得许可证，则需要参加笔试并支付费用。 

  • 所有无人机的飞行高度都必须在 400 英尺以下，而且不能在距离机场 5 英里的范围内飞行。 

• 成本：组件成本如何？ 

  • 根据您的预算，可以混搭现成的组件。这就是使用 3D 打印技术制作无人机机架和机臂的优势：可以基于一套价格低廉、种类各异的组件来构建机架，而在使用标准机架的情况下，无法组合这些组件。

可选择完全现成的无人机组件、预制无人机套件或完全原创的设计（以及如何制作这些部件）。大多数无人机套件都附有制作指南，因此在本指南中，我们将重点介绍如何制作一架具有完全原创设计的 DIY 无人机，并使用 3D 打印来制作其中的非电气部件。不过，对于无人机套件和现成设计，3D 打印可以提供一种很好的替换部件制造方法，或者用于制作可以增强、固定或以其他方式自适应预制无人机的部件。

我们将举例来逐步详解组装过程，设计并制作一架 DIY 第一人称视角 (FPV) 无人机，以满足 FAA 和 NDAA 的规定。

1. 确定参数：

   1. 可超过 250 克

   2. 具有远程 ID

   3. 具有 GPS

   4. 具有摄像机和视觉传输技术

   5. 使用标准小型无人机系统 (SUAS) 电池：HRB 2 块 6S 锂电池 XT60

   6. 四旋翼马达样式

2. 选择现成的组件。 完整的材料清单见附录。 

3. 选择无人机设计：固定翼、四旋翼（臂间距设计）、直升机式（采用导流罩螺旋桨结构）

   1. 优化晶格等轻量级特征

   2. 通过衍生式设计程序运行设计，确定重量和强度的最佳组合，删除非必要部分

4. 选择 3D 打印工艺：

   1. 对于这款无人机，我们需要一种坚固的材料，既能承载锂电池的重量，又不会过于笨重。无人机机架还应承受一定的冲击力以及紫外线照射。 

   2. 既要优化强度和重量，还要支持使用特定的现成组件，最佳方法就是使用 SLS 3D 打印技术制造 DIY 无人机。使用 Formlabs Fuse 1+ 30W，我们可以将所有无人机部件装入一个成型室，无需支撑即可轻松打印，只需进行最少的后处理操作，即可在 24 小时内交付完全打印好的无人机。 

5. 选择 3D 打印材料：

   1. 为了最大限度地提高无人机机架的强度和耐用性，应针对机臂、组件板和机罩选用 Formlabs Nylon 12 Tough Powder，针对小垫片、摄像机支架和 GPS 支架选用 TPU 90A Powder。 

   2. Nylon 12 Tough Powder 部件延展性强，尺寸精度极高。这种材料的刷新率仅为 20%，打印成本效益也很可观。

   3. TPU 90A Powder 非常适合制造需要吸收冲击力并确保摄像机和 GPS 模块等精密仪器安全可靠的支架。在该无人机机架中，我们应对 GPS 支架进行开槽处理，以便穿过导线，TPU 90A Powder 可以做到这一点，而其他 SLS 粉末则不行。 

6. 打印和后处理

   1. 按照说明进行打印和后处理

      1. 垫片相当小，在过量粉末中可能难以找到。可以选择创建部件网笼便于寻找，也可将其打印为网格的一部分，以便日后剪切。 

   2. 如需使用 SLS 3D 打印技术制造无人机，则应在一台打印机上使用 Nylon 12 Tough Powder 打印，在另一台打印机上使用 TPU 90A Powder 打印。 

      1. 清除未烧结的粉末。可以使用 Fuse Sift 来处理 SLS 部件。 

      2. 介质喷砂处理时，切勿对 TPU 90A Powder 部件（支架和垫片）进行介质喷砂

7. 组装 3D 打印 DIY 无人机：

   1. 如需了解我们的无人机建造过程，请关注 Building Momentum 首席产品官 Henry Sullivan。 

如需了解有关 Fuse 系列的更多信息，请访问我们的页面。如需了解如何针对您的项目测试 SLS 3D 打印无人机部件，请联系我们的销售团队。