Drohnenbilder bieten einen detaillierten Blick von oben. Dafür müssen die fliegenden Kameras optimale Bilder bei verschiedenen Bedingungen aufnehmen können. Diese Herausforderung bei Design und Produktion der Drohnen löst ein SLS- 3D-Drucker.
Autor: Dávid Lakatos, CPO, Formlabs
Inhaltsverzeichnis
1. Vielfältige Aufgaben für Drohnen
2. Drohnenbauteile aus dem 3D-Drucker
3. 3D-Druck ermöglicht maßgefertigte Drohnen
4. Nextech nutzt SLS-3D-Druckverfahren
5. Drohnenprototypen aus dem 3D-Drucker
6. Drohnen im Einsatz
7. Kundenindividuelle Drohnen
Naturkatastrophen, gesunkene Schiffe oder militärische Einsätze: Es ist ziemlich wahrscheinlich, dass einige der Bilder, die wir täglich anschauen, von Drohnen stammen. Mit den Aufnahmen aus der Luft lässt sich ein besserer Gesamteindruck verschaffen.
Vielfältige Aufgaben für Drohnen
Doch Drohnen werden nicht ausschließlich für die Aufnahme von Bildern genutzt. Wissenschaftler verwenden Drohnen, um Daten zu erheben. Sie werden sogar zum Fensterputzen, zur Weinlese und zur Bereitstellung lebensrettender medizinischer Hilfe eingesetzt. Die unbemannten Luftfahrzeuge lassen sich also sehr vielseitig einsetzen.
Die technischen Helfer können die zu erwartende Lufttemperatur oder Wetterbedingungen bestimmen, Aufnahmen von schwer zu erreichenden Orten machen oder Lasten transportieren. Je nach Einsatzgebiet müssen die Drohnen unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden.
Drohnenbauteile aus dem 3D-Drucker
So verändern sich die Art der Kamera oder die Befestigung der Nutzlast. Allerdings werden für die meisten Drohnen Bauteile aus der Massenproduktion verwendet. Wegen dieser vorgegebenen Teile wird das volle Potenzial der Drohnen oft nicht erreicht. Mit dem 3D-Druck lassen sich Drohnenbauteile kostengünstig an die verschiedenen Herausforderungen anpassen.
3D-Druck ermöglicht maßgefertigte Drohnen
Das Grundprinzip von Drohnen ist einfach erklärt: Sie verfügen über Propeller, mit denen sie angetrieben werden, und die sie in der Luft halten. Steuern lässt sich die Drohne von einem Computer oder einem Joystick – je nach Ausstattung verfügt die Drohne über einen GPS-Sensor zur Ortung oder Kameras zum Filmen. Dank verschiedener Sensoren kann die Drohne unbemannt ihre Aufgaben übernehmen.
Doch die Konzeption des Luftfahrzeugs ist sehr komplex. Bereits die Positionierung einzelner Bestandteile bestimmt ihre Leistungsfähigkeit. Wenn beispielsweise GPS und Antenne in der falschen Position gebracht werden, bedeutet dies eine verringerte Reichweite und eine niedrigere Übertragungsqualität.
Bild: Formlabs
Um ihre Aufgabe bestmöglich zu erfüllen, besser zu navigieren oder länger fliegen zu können, muss das unbemannte Luftfahrzeug mit den möglichen Gadgets und Technologien auf die speziellen Anforderungen abgestimmt werden.
Nextech nutzt SLS-3D-Druckverfahren
Der Hersteller Nextech nutzt in der Fertigung seiner Drohnen für kleinere Serien das SLS-3D-Druckverfahren. Denn damit kann flexibel auf Designänderungen im CAD-Programm reagiert werden – Nach der Umwandlung in eine Druckdatei können die Daten direkt an den 3D-Drucker weitergeleitet werden. Beim SLS-3D-Druck schmilzt ein Laser ein pulverisiertes Kunststoffmaterial, beispielsweise Nylonpulver, exakt an den vordefinierten Punkten in der Druckkammer. So können komplexe Formen ohne zusätzliche Stützstrukturen gedruckt werden. Die fertigen Bauteile aus dem 3D-Drucker haben ein ähnliches Gewicht wie ähnliche Bauteile aus Kohlefaser.
Drohnenprototypen aus dem 3D-Drucker
Mit dem additiven Herstellungsverfahren werden zudem Prototypen für die Funktionstest gedruckt, um so schnell zum finalen Design zu gelangen. Denn mit dem additiven Verfahren kann das Team von Nextech komplexe Formen erstellen und verschiedene Versionen ausprobieren. Sollte sich die Anforderung ändern, kann mit geringem Aufwand ein neues Design gedruckt und getestet werden.
In einem herkömmlichen Verfahren mit externen Dienstleistern wäre es für Nextech sehr teuer, Prototypen für einzelne Entwicklungsschritte herzustellen. Die Entwicklung anhand von Prototypen ist jedoch wichtig, damit jede Drohne optimal auf ihr Einsatzgebiet angepasst ist.
Seit der Drohnenhersteller das SLS-3D-Druckverfahren nutzt, kann er außerdem in enger Zusammenarbeit mit seinen Kunden leistungsstarke, maßgeschneiderte Drohnen für eine Vielzahl an Branchen fertigen.
Drohnen im Einsatz
An den Drohnen sind verschiedene Arten von Kameras oder Sensoren befestigt, die sich beispielsweise in der Landwirtschaft, oder für den Einsatz im Umweltschutz eignen. Die Kameras und Sensoren erfordern dabei zumeist maßgeschneiderte Halterungen, um sie am Rahmen der Drohne zu befestigen. Jedoch ändern sich die Anforderungen an die Halterungen bei jedem Projekt, so dass die Nutzlast manchmal weiter von der Treibstoffquelle entfernt sein muss oder in einem anderen Winkel gehalten werden soll.
Bild: Formlabs
Ein besonderes Modell der Nextech-Drohnen ist eine Starrflügeldrohne mit einer Spannweite von 3,2 Meter und einer Reichweite von 100 Kilometer. Diese wurde für ein Projekt mit der französischen Regierung eingesetzt. Dabei scannte und untersuchte ein Forschungsteam die schmelzenden Eiskappen in der Arktis.
Die Starrflügeldrohne wurde dafür mit multispektralen Bildgebungsgeräten und speziellen Wärmebildgeräten ausgestattet. So hat sie gemessen, wie die Eigenschaften des Ozeans die Geschwindigkeit des Abschmelzens der Eiskappen beeinflusst. Um die empfindliche Technik zu tragen, hat das Team maßgeschneiderte Halterungen und Gehäuseteile für die Starrflügeldrohne entworfen. Zudem wurden die Flügelspitzen an die extremen Bedingungen angepasst.
Kundenindividuelle Drohnen
Die Drohnenbranche befindet sich in einem starken Wettbewerb und Unternehmen drängen sich um große Aufträge. Um an der Spitze zu bleiben, müssen Drohnenhersteller ihre Technologie ständig aktualisieren und anpassbare Optionen für jedes Projekt anbieten. Die hausinterne 3D-Technologie ermöglicht es Drohnenherstellern, spezialisierte Drohnen in kürzester Zeit und mithilfe von realitätsgetreuen Testphasen herzustellen.
