无人机的最初设想是用作无线电控制的导弹运载工具和空中训练目标，第一批早期版本于二十世纪战时开发。随着通信技术和传感器能力的发展，无人机的应用也在不断扩大，不再仅限于军事用途，而是扩展到各行各业。如今，无人机已在全球范围内广泛应用，包括军事行动和国防、农业测量、研究和数据收集、安全和监督、休闲、娱乐等。

全球有数百家无人机制造商，不过其中一些大型企业已在推动行业整合。有些制造商专门制造特定类型的无人机。Skydio 是一家总部位于美国加利福尼亚州的制造商，重点关注板载处理能力，使其无人机能够自主飞行，并在复杂地形中跟踪目标。

其他制造商，如全球最大的无人机制造商 DJI，专门从事经济型穿越机 (FPV) 的大规模生产，供消费者直接购买。此外，还有波音公司、洛克希德马丁公司等大型军事承包商，以及 COLSA 和 Anduril 等后起之秀，他们为国防应用设计并制造小批量先进战术无人机。

尽管这些大型制造商的发展前景和市场份额可观，但无人机的应用领域繁多，该行业足以支撑数百家中小制造企业。Nakai Robotics、Boresight、Nextech、Skydio 等制造商，可以通过专注于 3D 打印无人机提供的灵活性和创新性，在激烈的竞争中占据一席之地。

无人机制造商的激增及其在竞争激烈的领域成功站稳脚跟，部分原因在于现代制造方法（即 3D 打印技术）的便捷性和强大功能。

3D 打印技术，尤其是近五年来相继开发面世的打印机和材料，使小型公司能够更快地进入市场，快速响应需求变化，并经济高效地制造小批量专业产品。熔融沉积成型 (FDM)、立体光固化 (SLA) 和选择性激光烧结 (SLS) 技术非常适合设计并制造无人机（水下、空中或地下）。

虽然销售数千架消费级无人机（通常称为 FPV 无人机）的大型企业有能力通过传统的大规模制造方法以非常低廉的价格制造出“无人机套件”，但相应的应用领域却十分有限。更复杂的任务需要更重的有效载荷。因此，几乎所有的专业制造商都要求采用不同类型的工作流程。3D 打印无人机组件满足了他们快速移动、迅速生产、即时更改以及抢先提供解决方案的需求。

这些制造商正在将 3D 打印应用至流程的各个阶段，从最初的概念和客户反馈环节，到功能测试，再到最终批量生产。在军事和供应链受限的环境中，增材制造绕过了传统的采购瓶颈，实现了按需现场自适应生产，无需漫长的备货时间。部署在偏远或争议地区的 3D 打印无人机装置可以在战区内制造替换件或进行自定义改装，确保任务保持就绪状态，而无需等待集中供应链交付部件。

无论其行业或功能如何，无人机均属于复杂装配，要求具备精密的通信能力和可控、灵活、承重的飞行能力－并非易事。

考虑以下因素可以帮助您为无人机选择合适的制造方法。理想方法应有助于平衡以下因素：

• 重量和有效载重：无人机必须兼顾结构强度和最小重量。更轻的无人机可以延长作战航程和续航时间，但减轻重量可能会影响耐用性。使用尼龙和 TPU 等 SLS 材料的 3D 打印无人机可以在不增添笨重性的情况下提供强度。

• 耐用性和结构完整性：无人机机架在承载摄像机、电源和其他重量的同时，还需要承受飞行时的冲击和持续应力。电源周围的气流对保持电子设备和频率传输的冷却和功能至关重要。用于无人机的 SLS 3D 打印可实现复杂的几何形状，在保持结构完整性的同时实现最佳气流。 

• 环境耐性（防风雨和防水性）：无人机在室外运行，可能处于恶劣的气候环境中，设计时需要对电子设备进行防水处理，并保护结构免受腐蚀、极寒等影响。SLS 的后处理，如 Cerakote 或蒸汽平滑，可以延长 SLS 3D 打印无人机的使用寿命和防风雨能力。

• 成本和可扩展性：针对不同产量进行优化会影响整个设计过程（从材料选择到组装方法）。3D 打印是从原型制造到生产的理想选择。 

• 电磁干扰 (EMI) 屏蔽和射频透明度：考虑需要屏蔽的组件以及需要接收器之间保持开放通信线路的组件，然后选择合适的制造材料和方法。Nylon 11 CF Powder 是制作 EMI 屏蔽组件的出色选择。 

• 易于组装，可现场维修：无人机本身就是在户外作业的设备。操作人员需要能够根据情况需要更换部件、访问记录的信息、拆卸、修复和改装，而 3D 打印降低了按需供应的难度。 

• 定制化：传统 FPV 无人机依靠碳纤维层压板作为机架，这种机架具有出色的强度重量比，但制造约束限制了设计的复杂性和灵活性。3D 打印可制作出大部分关键组件，这也是低成本定制无人机的唯一方法。 

这些考虑因素都表明了 SLS 3D 打印无人机的适用性。随着强大打印技术的入门门槛日趋降低，中小型制造企业相继参与到竞争中。

虽然 FDM 3D 打印非常适合制作某些类型的无人机－比如用于防卫性打靶训练时被炸毁的无人机－但在设计用于承载有效荷载并执行任务的功能性终端无人机时，FDM 部件通常无法应对挑战。就成本和易用性而言，FDM 打印机最易于入门。然而，FDM 技术在制造需要严格公差、一致尺寸精度以及抗冲击性、耐用性和防水性的部件时却显得力不从心。因为 FDM 部件具有各向异性，在应力作用下会沿着层线裂开。

SLA 3D 打印机（如 Formlabs 的 Form 4 和 Form 4L）之所以广受欢迎，是因为它们可以使用一系列材料生产出高精度部件，这些材料可以模仿大多数传统制造中使用的塑料，并可用于价格低于 1 万美元的桌面级或立式打印机。SLA 部件具有防水性和气密性，因为 SLA 技术可制作各向同性部件，无论应力施加方向如何，部件均能表现出相同的机械性能。可供选择的材料范围很广，包括真正的硅胶（如 Formlabs 的 Silicone 40A Resin）以及 Tough 1500 Resin，后者断裂伸长率为 155%，可制成延展性出色的耐用部件（可与注射成型的 ABS 相媲美）。

SLS 3D 打印为无人机机架和其他组件的终端生产提供了最佳选择。SLS 3D 打印技术可制作坚固耐用的高精度部件，其材料已为工业客户所熟悉，如尼龙和热塑性聚氨酯。诸如 Fuse 1+ 30W 等 SLS 打印机可以稳定地实现 0.2mm 的最小特征尺寸，并在没有任何支撑的情况下打印复杂的有机形状，进一步简化后处理过程，同时实现创新性几何形状。最后，SLS 3D 打印机的成型室具有自支撑特征，因此无人机制造商可以一次打印多个构建，将组件彼此堆叠，以提高打印和粉末使用效率。

Building Momentum 是一家教育咨询公司，拥有多年与美国海外武装部队合作的战术经验。随着无人机与世界各地国防工作的成功和经验之间的相关性不断增强，Building Momentum 推出了不同的无人机以及无人机设计和制作培训课程。

他们首选的制造方法是 Formlabs 的 Fuse 系列 SLS 生态圈，原因在于：

• 材料适用性：用于 EMI（电磁干扰）和 RF（无线电频率）管理，以确保可靠的通信、导航和传感器性能。

  • Nylon 11 CF Powder 已通过电磁干扰屏蔽验证，目前正由美国一家主要国防承包商用于战术无人机的规模生产。 

  • Open Material License（开式材料许可证）：可试验不同的烧结粉末，以满足特殊应用需求，如射频透明性。

  • 机械性能和可加工性：适用于要求信号渗透性的外壳和组件，如 GPS 机罩、无线电透明穹顶和传感器机罩。

  • 灵活的材料选择：TPU 90A Powder 具有灵活性能，特别适用于软安装射频敏感电子元件、减振并确保信号接收清晰。

• 成本低廉且安装简单：整个 Fuse 系列生态圈的成本不到 6 万美元，与传统的 SLS 技术相比，该技术在使用规模上更加经济实惠，同时仅需两台冰箱的能源和三台冰箱的空间。 

• 尺寸精度高：Fuse 1+ 30W 能够始终如一地加工出公差为 +/-0.1mm 的部件，使复杂的装配过程变得简单快捷。 

了解您的任务设置

• 是否需要自主飞行？
• 运行环境如何？室内？存在移动障碍？海拔？
• 是否需要承载有效载荷？设备重量如何？
• 是否需要收集照片、视频或其他特定数据？ 
• 需要飞行多长时间？ 
• 对于无人机的速度/机动性/敏捷性的要求如何？ 

确定组件：具体任务

• 长距离
  • 长距离无线电，限制数据传输
• 室内
  • 短程传感器，如激光雷达和光学流量传感器（优于 GPS 和气压计）
• 室外
  • GPS、气压计
• 数据收集
  • 摄像机云台
  • 红外/热成像仪
  • 板载录像机
  • 定制传感器包
  • 用于测绘和数据采集的激光雷达
• 自主飞行
  • 遥测无线电
  • GPS (GNSS) /光流
  • 用于导航的气压计/激光雷达（1D、2D、3D）
• FPV 飞行
  • FPV 摄像机和视频发射器
• 有效载荷
  • 投放器硬件
  • 有效载荷固定装置

确定组件：飞行专用

• 确定机架尺寸，以容纳除飞行组件外的所有任务特定组件
• 选择所需的电机数量，并确定符合性能/升力要求的电机/螺旋桨组合
• 确定最适合您的任务和复杂程度的飞行控制器和配置器
• 确定 ESC，以满足最大油门时电机和螺旋桨电流消耗要求，并能与飞行控制器配合使用
• 确定远程 ID 模块（如飞行区域有要求）

选择机架类型和轴距

• 根据已确定的电机和螺旋桨选择轴距，以确保适当的螺旋桨间隙。
• 机架类型
  • X 机架－4 个电机。适用于有限组件的紧凑型结构，如 FPV 四轴飞行器。这也提供了可预测的稳定飞行特性。 
  • H 机架－4 个电机。与 X 机架类似，但组件空间更大，飞行特性更不稳定。
  • 改良 X 型－4 个电机。具有 X 型机架的稳定性，但有更多的组件放置选择。 
  • Deadcat－4 个电机。与改良 X 型相似，但双臂略微后掠，便于从 FPV 摄像机的查看视野中移除螺旋桨。
  • 管道式－4 个电机（也可更多），机架延伸至螺旋桨周围，以便在室内或人员密集场所飞行时保护叶片。 
  • 盒式/方形－4 个电机。通常用于较小的四轴飞行器，类似于 X 机架，但刚性更强，通常也更坚固，但代价是存在附加阻力。 
  • 六轴飞行器/八轴飞行器－6 或 8 个电机，以增加潜在升力，并在 ESC/电机/螺旋桨出现故障时增加冗余。 
• 选择通用组件布局。牢记任务设置、重心和组件相互作用。 
  • 您希望/需要在哪里安装传感器或摄像机？ 
  • 是否需要在特定位置安装有效载荷？ 
  • 选择电池位置进行补偿，使重心更靠近无人机中心。 
  • 无人机上通常有多根不同的天线，每根天线的位置都需要仔细确定。  
    • 所有天线都必须远离会产生大量射频干扰的组件、轻型电机、电源线和 ESC。 
    • GPS 天线需要清晰、无遮挡的天空视野，最好远离干扰源（其他射频源或有突发大电流的天线）。
    • 视频、遥测和遥控天线需要无遮挡的基站视野，安装时要使天线范围/模式能到达基站。 

选择您想要使用的材料

• Formlabs Nylon 12 Tough Powder 具有最佳的抗冲击强度和耐磨性，Nylon 11 CF Powder 具有更高的刚性，而 TPU 90A Powder 则是减震和冲击吸收特性的理想选择。 
• 创建机架时，应根据增材制造工艺的优缺点进行设计。SLS 部件无法轻松包含空腔，也很难从狭窄的深腔中清除粉末。因此，该工艺往往适合骨架设计。 
• 不要试图一次设计所有内容！从基本飞行硬件开始，进行修改。通过简单地尝试组装无人机和试飞，您自然会了解到应该如何进行改动（组件放置、设计/材料改进、电线布线、易于更换等）。利用 3D 打印提供的灵活性，快速迭代您的设计。  

几乎每架无人机，无论是大规模定制生产的 FPV 还是自定义的无人机，制造过程均始于连接电机臂和底座，从而便于安装堆栈。3D 打印部件支持您基于现有的现成部件设计无人机，而非将不同的部件拼接在一起。

在 M3 螺丝上蘸取一点乐泰胶水，而不是直接在螺纹上涂抹乐泰胶水。在确保对齐正确的情况下，让螺丝略微松动，然后再全部拧紧，以形成紧密配合。

在此，我们设计了一些便于组装的部件。无人机底座上设置有可以卡住方形螺母的插槽，因此您可以在不固定螺母的情况下固定机臂。无人机的设计也是完全参数化的，所以如果要改变一个特征的尺寸或形状，无人机的其他部分也会随之改变。

模块化设计具有独立的底座、安装板和支臂，灵活性强。如果想要更换堆栈以运行特定类型的硬件/固件，或更换 ESC 以适应不同的电机组，您可以轻松地更换安装板，而无需完全重新配置无人机设计。

间隔器用于确保电速控制器周围和下方有足够的气流，以避免过热和损坏组件。

我们使用了预先设计好埋头孔的平装螺丝，以便平放在安装板的底部，保持所有装配组件的精确配合。

将黄铜螺母套在 SMA 连接器上并拧紧，以便将天线连接器安装到机架上。在将视频发射器 (VTX) 放置在机架上之前，将螺丝推入安装板底部与安装样式相匹配的孔中。将间隔器放在螺丝上，然后将 VTX 固定在安装板上。在确保正确对齐之前，螺丝会略微松动，然后再完全拧紧。

视频发射器 (VTX) 天线历来位于大多数无人机的后端，靠近易受射频干扰或可能造成干扰的物品。3D 打印支持定制该部件，从而使 VTX 远离这些风险，但这意味着我们必须确保摄像机和天线的线缆长度正确，以考虑到所有组件之间的较长距离。

将使用 TPU 90A Powder 打印的 FPV 摄像机支架放在安装板上，并用小螺丝固定好摄像机。TPU 90A Powder 是一种弹性体，性能类似于橡胶，因此非常适合用于制造诸如此类摄像机支架等减震部件。

牢固连接电机至关重要。再次在螺丝尖端涂抹乐泰胶水，并使用垫圈分散螺丝穿过尼龙材料产生的力。保持螺丝稍松，确保四颗螺丝都对准后再完全拧紧。将随电机提供的尼龙锁紧螺母安装到马达轴上，稍后将使用该螺母。

最佳整理方法是通过束线带、电工胶带或使用线槽将马达导线固定到无人机臂上，切勿使线缆松动。这有助于避免组装过程中的失误，降低螺旋桨被杂线缠住的风险。

将 ESC 安装在无人机前部的主电源板上。

这款无人机设计用于现场维修，因此无人机电池可以作为现场焊笔的电源。焊接前，在焊盘上涂抹焊剂，以确保焊点质量。我们将使用 380℃ 凿尖。将电线修剪到所需长度，缠绕在螺丝上，以便更好地整理。在所需焊盘上添加焊料，然后将镀锡电机导线焊接在焊盘上。务必要先加热焊盘，然后再添加焊料。

完成电机导线焊接后，准备连接 ESC 与飞行控制器的电缆。确保连接器将飞行控制器的正确引脚正确连接到 ESC 上。验证好线缆后，将其插入 ESC 连接器。

在连接附带的线缆之前，将 GPS 模块安装到 TPU 支架中。使用小型工具清除一些多余粉末。

将遥控接收器天线的 UFL 连接器端穿过 TPU 支架底部的孔，您需要使用小型工具。

使用一些平口剪钳、开箱刀或小刀，在 TPU GPS 支架背面剪开一个天线孔，以便安装遥控天线，同时不会弯曲或折断天线。这一设计能够适用于多种尺寸的 RC 天线。

缠绕 GPS 线缆，使其更容易穿过机架，有助于减少电磁干扰，并提高无人机的美观度。将缠绕好的线缆穿过 VTX 下方的机架。

将 UFL 连接器推入安装板后部的孔中，使其与 RC 接收器连接。

将 RC 接收器连接到天线上。安装 UFL 天线时要小心，以免损坏连接。我们使用带有锁定 UFL 连接器的 Ghost RC 链接，可提高天线安全性。

使用安装在机架上的 XT60 连接器，便于连接和断开电源。将 12 号红线和黑线裁剪为一定长度，适当撕掉外皮并在两端镀锡，添加热缩管以尽量减少短路风险，然后将一端焊接到 XT60 连接器上，其中扁平侧为正极。

接下来，使用 M3 五金将 XT60 连接器直接安装到机架上。如有必要，通过安装板底部安装连接器，并将电源线接回 ESC。将电线焊接到 ESC 的主电源板上。

现在，我们要开始将飞行控制器安装到 ESC 之上。ESC 需要与飞行控制器通信，以接收电机指令。使用先前插入 ESC 的电缆，将另一端连接到飞行控制器上。

根据飞行控制器和 VTX 的数据表，制作一条能正确连接两者的线缆。再插入 VTX 线缆。

将飞行控制器翻转过来，放在安装螺丝上，以便于接触焊盘。清洁焊盘并镀锡，为连接 GPS 模块做好准备。除位置信息外，该模块还配有磁罗盘。这些信息通过不同的通道传递，我们需要确保将正确的电线连接到正确的焊盘上。请参考制造商的引脚/接线图，以确保连接正确。

接收所有飞行员指令的无线电也需要焊接到飞行控制器上。为导线镀锡，确保正确的引脚与正确的焊盘连接。

对于这个特殊的飞行控制器，我们需要焊接一组跳线焊盘，以使用原始电池电压为飞行控制器电路板供电。

按照 FAA 的要求，如果您驾驶的无人机超过一定尺寸，就必须能够播送信息。如果是 250 克以下的休闲飞行，则不需要这么做。许多 FPV 消费类无人机重 249 克，旨在避免这一监管障碍。不过，无论何种无人机，如果您进行商业飞行，都必须使用远程 ID。将正极和负极线焊接到 FC 上可用的 5V 和 GND 引脚对上，以连接远程 ID 模块。

将 SLS 3D 打印机罩放在无人机安装板的顶部。该设计使用插槽实现气流和线缆布线。将远程 ID 电源线穿过其中一个插槽。
 

安装天线：确保为 VTX、RC 控制和遥测无线电（如果使用）连接天线（如果尚未完成）。

安装电池：用尼龙搭扣带固定电池组，并用胶带粘住电池的平衡导线，以免被螺旋桨缠住或划伤。

安装螺旋桨：将螺旋桨放在电机上，用尼龙锁紧螺母固定，并用扳手拧紧螺母。

如果您出于休闲目的在美国驾驶无人机，则务必在飞行前通过 The Recreational UAS Safety Test (TRUST)，飞行时需要携带通过证明。如果您计划进行商业飞行，则需要获得 107 部分的认证。

明智的做法是使用 FAA 批准的移动应用程序或网站检查您所在的空域，以确保空域限制不会根据您的确切位置在最后一刻发生变化。

规则和条例瞬息万变！因此，务必要随时检查法规和空域条件。

过去十年间，无人机制造业经历了爆炸式增长。随着兴趣、需求和资金的激增，数以百计的小型企业相继创立，并使该行业实现了多样化。3D 打印技术也是其中一份子－这两种技术几乎密不可分。诸如 Formlabs Fuse 系列等经济实惠、易于获得的 3D 打印机使独立制造成为可能，尤其在涉及无人机这类动态、快节奏的技术时。

经济实惠地快速迭代最终用途材料使设计人员占尽先机，而以低成本生产成百上千种最终用途产品的能力则让制造商有机会比竞争对手更快地进入市场，更好地满足客户的需求。

如需了解更多有关如何入门 Fuse 系列 SLS 生态圈的信息，请联系我们的团队。如需了解有关 Building Momentum 的更多信息，探索无人机设计和构建培训，请访问他们的页面。