Skydio 的无人机系统产品线备受能源公用事业、灾害应对等各行各业专业人士的信赖。照片由 Skydio 提供。
随着人工智能的普及，全球制造商都在寻求适应和应对之策，其中一家无人机公司成为了人工智能驱动系统的标杆。Skydio 是美国一家行业领先的无人机制造商，同时也是自主飞行领域的全球领导者。他们的无人机系统 (Unmanned Aerial System, UAS) 产品线和新型 Dock 产品为能源公用事业、交通运输、公共安全、环境研究等行业带来了全新机遇。
Skydio 的工程和设计团队依靠 Formlabs Form 3+ 立体光固化 (Stereolithography, SLA) 打印机在产品开发阶段制作原型，使其尽可能接近最终量产设计。Form 3+ 打印机可利用 Formlabs 提供的各种材料，满足从功能测试到模具和固定装置的所有需求。Skydio 提供两种类型的无人机：Skydio 2+ 和 Skydio X2（一种用于企业和国防的重型无人机）。他们还推出了创新型产品 Skydio Dock，用于将无人机部署到遥远的地点，在没有人工交互或监控的情况下传输信息。
高级硬件开发专家 Eric Weinhoffer 向我们介绍了他们从设计到生产的工作流程，以及 3D 打印如何帮助硬件团队紧跟 Skydio 先进软件开发的步伐。
Skydio 的独特之处
在无人机行业发展的早期，无人机系统（有时也称为无人驾驶飞行器 (UAV)）需要一名远程驾驶员进行控制。为了实现可靠的连接，驾驶员必须靠近无人机，这就限制了无人机的飞行距离和效果。在过去几年中，无人机公司开始在其系统中集成一定程度的自主功能，从而开启了全新使用案例，并支持无人机收集更多信息。
Skydio 通过率先专注于软件开发，推出了完全自主的飞行系统，从而在竞争中抢占先机。“在过去，驾驶这些无人机需要很多技能。在使用传统无人机时，会发生很多坠机事故，或者视频效果非常糟糕。我们的无人机不会坠毁－它们不仅能拍摄完美的画面，还能避开树木、智能导航并自动跟踪拍摄对象。我们在自主飞行领域处于世界领先地位，”Weinhoffer 表示。
这种自主程度为无人机开辟了一个充满新机遇的世界。公安机构可以在勘测事故或犯罪现场时使用无人机，以数字方式重建事故现场，而无需花费人力监控无人机，也无需付费租用服务。公用事业公司、土木工程公司和国家机构可以依靠 Skydio 无人机完成对其场地的大范围检查，并且可以在部署无人机的同时永久安装 Dock，无需额外资源即可实现近乎不间断的监控功能。由于这些应用通常位于难以到达的区域，Skydio 的无人机需要经久耐用、设计精良。SLA 3D 打印使他们可以在评估原型要求时，尽可能接近最终注射成型部件。
重量、速度和航程的不断权衡
Weinhoffer 和硬件开发团队依靠 Form 3+ 打印机和各种 Formlabs 树脂来帮助他们配合 Skydio 软件团队的高速开发流程。照片由 Skydio 提供。
设计无人机是一项需要权衡利弊的工作。坚固型无人机无法像轻质无人机那样长时间飞行。极轻的无人机又无法容纳自主运行所需的计算能力，但添加自主飞行所需的所有计算能力又会增加质量，从而影响飞行时间。这就需要不断进行一系列细微的设计变更、增量调整和大量测试。“为了支持自主飞行，我们进行了大量机上计算。每一个决定都是一次对性能的权衡，都会影响到每一块硬件和电子设备。”
为了对部件的几何形状进行微小改动，并测试其对飞行时间或抗冲击性的影响，硬件团队依靠夜间打印来支持和指导开发过程。
“3D 打印的速度让我们有能力考虑以某种方式进行折衷。我们可以在两种略有不同的几何形状之间进行比较，并测试这些折衷方案。”
Eric Weinhoffer，高级硬件开发专家
快速通过这些决策和测试协议的能力，使 Skydio 能够在截止日期前完成任务并获得合同。在美国联邦政府的一项重大项目中，许多无人机公司参加了公开招标。竞标者必须在严格的竞争时限内提交符合政府规格的产品。而 Skydio 之所以能够中标，是因为他们可以快速开发硬件，这在一定程度上要归功于他们的 Formlabs 打印机。
“我们无法控制截止日期，因此必须同时开发硬件和软件。生产部件的交付周期对我们来说是最大的限制。Form 3+ 可以立即不间断地运行，而且操作非常简单，我们可以轻松得到需要更换的硬件，”Weinhoffer 说道。
Skydio 硬件开发团队将 SLA 机器堆叠放置在一起，方便使用，便于打印机持续运行，帮助团队几乎不间断地进行原型制作和测试。照片由 Skydio 提供。
完成设计和功能测试
在诸如美国联邦政府竞标等外部测试环境中，拥有能够模拟注射或加工部件的坚固性、耐用性、强度和刚度的临时 3D 打印部件至关重要。虽然 Skydio 使用熔融沉积成型 (Fused Deposition Modeling, FDM) 部件进行快速形状或配合测试，但他们依靠 Formlabs 机器对最终阶段的原型设计进行功能测试。“SLA 技术大有助益，因为它拥有尽可能快地提供近生产级部件的速度和能力。打印部件可以拥有近生产级材料特性，这是在令人难以置信，”Weinhoffer 表示。
Skydio 选择使用 Rigid 4000 Resin，因为该材料兼顾了耐热性、抗冲击性和强度，而使用 Tough 2000 Resin 则是因为该材料与注射成型塑料相似。Clear Resin 的表面清晰度非常适合在检查阶段中使用，便于观察无人机中较多电子设备的布线情况。对于快速模具制作应用或新垫圈和密封设计的功能测试，团队将使用 Elastic Resin 或 Durable Resin。
“Formlabs 生产的部件在外观和触感上都很接近实体成型部件。这种接近部件最终生产效果的能力非常强大。由此推断，在不同的领域（如装配和表面处理），这些部件都能让我们的设计师更好地了解产品的性能或触感，以便进行跌落测试或原型试飞。这让我们有信心进行飞行测试。”
Eric Weinhoffer，高级硬件开发专家
可满足任何规模航空航天供应商需求的快速模具制作和制造辅助工具
观看网络研讨会，了解航空航天供应商在快速原型制造之外如何利用增材制造。3D 打印模具、夹具和固定装置可帮助各种规模的公司节省时间、降低成本，并将更优质的产品推向市场。请与来自 Formlabs 的专家共同了解推动航空航天和制造业发展的成熟案例研究。
固定装置的功能测试
对于测试固定装置和机载组件而言，强度至关重要。团队使用 Form 3+ 打印机为无人机组件设计测试固定装置，以利用 Rigid 4000 Resin 的机械强度或 Tough 2000 Resin 的抗冲击性。
在无人机开发的射频 (Radio Frequency, RF) 测试阶段，团队将无人机组件放置在天线测量室中，以消除外部无线电波。他们需要一个坚固的固定装置将部件固定在机器人转盘上，但又不能使用金属，以免干扰实验。Weinhoffer 设计了一种固定装置，并使用 Rigid 4000 Resin 进行打印，将其固定在测量室中，使天线在测试时保持正确对齐。
在 RF（射频）室中，3D 打印固定装置用于将成品部件固定就位。而金属固定装置既昂贵又会影响射频测试效果，因此按需 3D 打印制作部件不可或缺，如图中所示的 Rigid 4000 Resin 打印部件。照片由 Skydio 提供。
在另一个例子中，团队需要找到一种在内部制作橡胶隔振器原型的方法，但要求供应商提供不同的柔软部件，这不仅成本高昂，而且十分耗时。硬件开发团队从 Formlabs 的一份白皮书中获得灵感，打印了数个模具母模，用于测试几种不同设计的隔振能力。
“迄今为止，Formlabs 树脂最大的优势在于其材料和材料特性的多样性。”
Eric Weinhoffer，高级硬件开发专家
易用性提高利用率
无人机可以帮助公安机构在灾难现场或犯罪现场收集信息，同时使人员远离伤害。
发电设备通常位于难以触及的区域，但 Skydio 的无人机和 Dock 产品可以帮助公司检查其关键基础设施，而无需操作人员在附近操作。照片由 Skydio 提供。
Skydio 能够获得行业和客户如此广泛的支持，部分原因在于其产品的可及性和易用性：先进的自主飞行技术足以消除部署过程中的担忧或规划。执法部门可以专注于在犯罪现场收集信息，而无需费心于飞行；建筑集团可以部署一架无人机和 Dock，用于长达数年的项目中，而不必担心检查中出现纰漏。对于 3D 打印，Weinhoffer 也采用了同样的理念；如果技术不容易获得，就无法在实验室中证明其价值。“Formlabs 打印机非常简单易用，我们工程团队的许多成员都可以使用它们。添加更多的 Form 3+ 并为我们的工程团队提供一两天的额外学习时间，让他们能够快速使用，这对我们来说影响巨大，”Weinhoffer 说道。
随着 Skydio 产品线的扩展和更多定制解决方案的开发，3D 打印已不仅仅是一种工具－使硬件团队能够支持其软件的快速发展。
如需了解更多有关 3D 打印机（如 Form 3+）如何帮助航空航天和国防制造商优化工作流程、赢得重要合同并降低生产和开发成本的信息，请访问行业页面或联系专家。
