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Brancheneinblicke

Von selbstgebauten Drohnen bis zu den neuen Grenzen des Drohnendesigns mit 3D-Druck

Drohnen befinden sich im Aufschwung: Man geht davon aus, dass der Wert des Drohnenmarktes von 14 Milliarden USD im Jahr 2018 auf über 43 Milliarden USD im Jahr 2024 steigen wird. Um mit diesem starken Branchenwachstum schritthalten zu können, sind schnelle Innovationen unabdingbar. Der 3D-Druck ist hierfür ideal geeignet.

Da die Zahl der Anwendungsfälle für Drohnen sowohl im Freizeitbereich als auch im professionellen Bereich weiter wächst – hierzu zählen FPV Racing, Katastrophenhilfe, Logistik und Aufklärung –, wird der 3D-Druck eine zunehmend wichtige Rolle dabei spielen, Drohnen mit neuen Fähigkeiten herzustellen. 

Der 3D-Druck verkürzt die Durchlaufzeiten bei der Produktentwicklung, senkt die Produktionskosten und gibt Designern und Herstellern die Möglichkeit, mit innovativen 3D-gedruckten Drohnendesigns für neue potenzielle Anwendungen mehr Risiken einzugehen.

Lesen Sie weiter und erfahren Sie, wie 3D-Druck vom Design bis zur Fertigung von Drohnen verwendet wird, und lernen Sie, wie Sie Ihre eigene 3D-gedruckte Drohne bauen können.


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Rapid Prototyping von Drohnen mit 3D-Druck

Dank 3D-Druck müssen Designer nicht mehr Stunden damit verbringen, potenzielle Risiken und Nachteile eines neuen Designmerkmals zu erwägen. Ein 3D-Drucker mit einer hohen Auflösung kann schnell neue Prototypenteile für Tests liefern, wobei minimaler Abfall anfällt. Drohnenhersteller können austauschbare Module mit höchster geometrischer Genauigkeit produzieren, ohne dass teure, zeitaufwendige Formteile nötig sind.

When producing the MRB-1, seen above, Marble used a Formlabs printer to produce a library of custom parts for their drone, including the engine housing, winglets, and even a miniature version to help them visualize the final product.

Bei der Herstellung der MRB-1 (siehe oben) hat Marble einen Formlabs-Drucker eingesetzt, um eine Bibliothek aus maßgefertigten Teilen für seine Drohne zu produzieren. Dazu gehören das Motorgehäuse, Winglets und sogar eine Miniaturversion, um das Endprodukt zu visualisieren.

Der Einsatz eines 3D-Druckers verkürzt die Durchlaufzeiten, da die Herstellung eines neuen Teils nur wenige Stunden in Anspruch nimmt. Beispielsweise gelangte die MRB-1-Drohne in nur vier Wochen von den anfänglichen Konzeptdesigns zum funktionsfähigen Prototyp.

Der 3D-Druck bietet nicht nur einen Vorteil durch größere Designfreiheit und Zeiteinsparungen, sondern ermöglicht auch erhebliche finanzielle Einsparungen. Der Einsatz von teilbaren, einfach modifizierbaren CAD-Dateien in der Designphase hat auch die Reproduktion der Designs erleichtert.

So wird es beim Drohnenbau deutlich wirtschaftlicher, Risiken einzugehen und Innovationen umzusetzen. Bei der Entwicklung einer eigenen Drohne stellte das U.S. Marine Corps fest, dass der Prozess zur Herstellung einer Drohne etwa 600 USD kostet, wobei der Kaufpreis des Druckers nicht eingeschlossen ist. Dem gegenüber stehen die bis zu 30 000 USD, die eine fertige Raven-Drohne die US-Marineinfanterie kosten würde.

ORQA hat seine eigene FPV hergestellt. Ein Premium-Headset, bei dem Prototypen mehrerer Komponenten auf Formlabs-Druckern hergestellt wurden, um das Design zu perfektionieren. Das innovative Headset wurde für FPV Racing, Freestyle oder FPV-Simulationen ent

ORQA hat seine eigene FPV hergestellt. Ein Premium-Headset, bei dem Prototypen mehrerer Komponenten auf Formlabs-Druckern hergestellt wurden, um das Design zu perfektionieren. Das innovative Headset wurde für FPV Racing, Freestyle oder FPV-Simulationen entwickelt.

3D-gedruckte Drohnen-Ersatzteile auf Abruf

Profi- und Hobby-Drohnenbauer wissen nur zu gut, dass die Reparatur oder der Austausch von Teilen schwer (und teuer) sein kann. Unerfahrene Piloten, ungünstige Wetterbedingungen oder störende Äste können häufig zu Unfällen führen, die teure Schäden an den Drohnen verursachen.

Der 3D-Druck macht den Austausch von Drohnenteilen einfacher. Im Fall des Marine Corps kostet der Austausch eines beschädigten Flügelsegments einer Hochleistungsdrohne, der zuvor 8000 USD kostete, jetzt nur noch ein Tausendstel dieser Summe.

Neue Grenzen beim Drohnendesign

Während bei vielen Drohnen Varianten des beliebten Quadcopter-Designs zum Einsatz kommen, bietet die Vielseitigkeit des 3D-Drucks den Entwicklern die Freiheit, deutlich ambitioniertere Designs zu entwickeln und ihrer Phantasie freien Lauf zu lassen.

Die UAV Zelator, die Siegerin der 2016 Airbus Cargo Drone Challenge, wurde für die Beförderung kleiner Lasten, insbesondere von Medizinbedarf, in entlegene Gebiete optimal ausgelegt. Die Zelator verfügt über ein Design mit festen Flügeln. Der Entwickler verwendete 3D-Druckmaterial, um einen Rahmen herzustellen, der stabil genug ist, um widrigem Wetter standzuhalten, und leicht genug (unter 25 kg), um auch in den schwierigen Umweltbedingungen zu funktionieren, in denen die Drohne wahrscheinlich eingesetzt wird.

X VEIN von Yuki Ogasawara und Ryo Kumeda ist eine generativ gestaltete und 3D-gedruckte Quadcopter-Drohne. Sie wurde für die Rettung von Menschenleben entwickelt und eignet sich ideal für den Einsatz in der Katastrophenhilfe. Sie bietet längere Flugzeiten, einen verstärkten Rahmen und einen Propellerschutz, um Schäden durch Unfälle zu vermeiden. All diese Merkmale finden sich in dem Quadcopter-Rumpf mit Gitterstruktur, der mit Hilfe von 3D-Druck hergestellt wurde.

Die Gitterstruktur der X VEIN lässt sich nur mit 3D-Druck herstellen.

Die Gitterstruktur der X VEIN lässt sich nur mit 3D-Druck herstellen.

Der hohe Grad der Individualisierung im Drohnendesign, der Detailgrad der Gitterstruktur und die Freiheit, die Dichte in der generativen CAD-Software anzupassen, werden alle durch die Fähigkeiten der additiven Fertigung ermöglicht.

Während viele Hersteller mit größeren Drohnen experimentiert haben, gibt es auch kreative Ansätze am anderen Ende des Spektrums. Beispielsweise ist die Piccolissimo der University of Pennsylvania eine der kleinsten je hergestellten Drohnen.

Die Piccolissimo der University of Pennsylvania ist mit einem Durchmesser von 24,26 mm und einem Gewicht von nur 2,5 g eine der kleinsten je hergestellten Drohnen.

Die Piccolissimo der University of Pennsylvania ist mit einem Durchmesser von 24,26 mm und einem Gewicht von nur 2,5 g eine der kleinsten je hergestellten Drohnen.

Propeller und Rahmen bestehen aus einem einzigen Teil; so eignet sich die Piccolissimo für extreme Bedingungen. Ihre winzige Größe (24,26 mm im Durchmesser) und ihr sehr geringes Gewicht (nur 2,5 g) lassen sich nur mit 3D-gedruckten Teilen erzielen. Durch das Gewicht und die Größe eignet sich diese Drohne ideal für den Einsatz in gefährlichen Kernreaktoren oder für die Aufklärung in engen oder entlegenen Räumen. Derartige Aufgaben könnten von Menschen oder größeren Drohnen nicht übernommen werden.

Die Piccolissimo bereitet ebenfalls den Weg für zukünftige erfolgreiche Anwendungsfälle im Bereich des 3D-Drucks und der Schwarmrobotik. Hersteller könnten 3D-Druckmethoden nutzen, um Werkzeuge, wie die Piccolissimo, für Schwarmrobotikanwendungen, z. B. für Rettungseinsätze, herzustellen. Hoffen wir, dass die Technologie nur für gute Zwecke eingesetzt wird und nicht wie in einer bekannten Folge von Black Mirror.

Wie Sie Ihre eigene 3D-gedruckte Drohne herstellen können

Mit 3D-Druck ist es möglich, die meisten Komponenten herzustellen, die neben der Elektronik zum Bau einer Drohne oder eines Quadcopters erforderlich sind. 3D-gedruckte Drohnenteile sind etwa der Rahmen, ein weiteres Schutzgehäuse, Propeller, ein Fahrwerk, Motoraufhängungen, Zubehöraufhängungen (z. B. für Scanner, Kameras, Sensoren oder anderes nützliches Zubehör) und Gehäuse für Fernbedienungen und die Stromquelle der Drohne.

Für den Bau einer Drohne können Sie auf verschiedene fertige Open-Source-Designs zugreifen, so etwa auf  das 3D-druckbare OpenRC-Quadcopter-Design , was Sie zu Beginn dieses Beitrags finden. 3D-Modelldatenbanken und Communitys wie Pinshape bieten ebenfalls eine große Auswahl an vollständig 3D-druckbaren Drohnendesigns und Zubehör. Zu guter Letzt bieten sich unbegrenzte Möglichkeiten, wenn Sie neue Teile oder Zubehör selbst modellieren, um ein Drohnendesign an spezifische Anwendungen anzupassen. Online-Communitys wie RC GroupsDIY Drones und natürlich Reddit bieten ebenfalls viel Hilfe und Inspiration.

Zum 3D-Druck Ihrer Dohne können Sie abhängig von Ihren Anforderungen eine der geläufigen Kunststoff-3D-Drucktechnologien verwenden, wie Schmelzschichtung (FDM), Stereolithografie (SLA) oder selektives Lasersintern (SLS).

Unter diesen drei Technologien bietet SLA-3D-Druck genau die richtige Kombination aus hoher Präzision und einer großen Bandbreite an Materialien. Für Drohnen empfehlen wir ein Material, das Kompression, Dehnung, Biegung und Schlagbelastung standhält, ohne zu brechen, wie etwa die SLA-Materialfamilie Tough und Durable

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