仿生蜜蜂无人机：自主蜂群技术的未来腾飞

"利用 FDR 技术改变了 BionicBee 的游戏规则。通过将增材制造 推向极限，我们能够在不影响稳定性的情况下，将框架重量从 12 克减少到仅 3 克"。

Mattias-Manuel Speckle | Festo增材制造 原型负责人

挑战

制造 BionicBee 是一项独特的挑战。蜜蜂的翼展为 240 毫米，重量仅为 34 克，因此设计的目标是在超轻结构与耐用性和功能性之间取得平衡。蜜蜂的身体必须容纳一个无刷电机、三个伺服电机、一个电池、一个变速箱和多个电路板，以实现翅膀的精确运动。Festo 的开发团队采用 AM 技术来优化框架结构，但早期的原型往往在坚固性或灵活性方面受到限制。传统的选择性激光烧结 (SLS) 系统无法生产出机架在实际条件下运行所需的精细、复杂的几何形状。即使是材料行为或制造过程中最小的差异也会影响飞行性能。此外，时间紧迫也进一步增加了快速高效交付成果的压力。

解决方案

Festo 向 1zu1 寻求专业生产技术，而 1zu1 则选择了EOSFORMIGA P 110 FDR系统来提供所需的复杂轻质组件。通过将 Festo 的仿生设计方法与FORMIGA P 110 FDR的高分辨率功能相结合，团队开发出了一种能有效平衡最小质量和结构强度的框架。即使在时间紧迫的情况下，Festo 也能通过这种设置快速迭代并完善蜜蜂精致的晶格结构。正如 1zu1 的 SLS 生产经理 Philipp Schelling 所说："仿生蜜蜂需要极其精细的特征和稳定的飞行性能。EOS 的精细分辨率 (FDR) 技术采用了独一无二的 CO 激光器，其超细光束的尺寸只有标准 SLS 系统的一半，非常适合满足这些要求，并将 Festo 的愿景变为现实。

PA 1101是一种更坚韧、更柔韧的聚合物，它的使用确保了晶格结构既轻便又耐用，能够满足自主飞行的严格要求。PA 1101 部件具有很高的抗冲击性和断裂应变性，在很宽的温度范围内都能保持稳定的机械性能。与 PA 12 相比，这种基于可再生资源的材料具有更优越的性能，包括能够承受最高的机械负荷而不会碎裂。

Festo 利用算法驱动建模进一步优化了框架，去除不必要的材料，使重量大幅减轻 75%。该团队还实施了自动校准功能，在短暂试飞后调整每只 BionicBee 的控制器参数，以减少材料行为的任何剩余变化。"我们认为 BionicBee 是展示 FDR 能力的完美挑战。1zu1 的 SLS 生产经理 Philipp Schelling 说："这个项目凸显了FORMIGA P 110 FDR 系统所实现的精确超薄结构是如何彻底改变轻量级设计的，即使是较大的零件尺寸。

通过密切合作和敏捷的生产流程，1zu1 在紧迫的时间内交付了原型和组件。这种合作方式使 Festo 能够实时组装和测试 BionicBee 的框架。

成果

费斯托、1zu1 和 EOS 之间的合作为自主飞行器的设计、制造和运行开辟了新天地。优化的晶格结构减轻了框架的重量，这是延长飞行时间和提高机动性的关键因素。"费斯托公司增材制造 原型主管 Mattias-Manuel Speckle 表示："通过将 AM 推向极限，我们能够在不影响稳定性的情况下，将框架重量从 12 克减少到仅 3 克。由 20 个单元组成的同步蜂群展示了 BionicBee 的飞行能力，凸显了先进的定位、通信和控制系统。同时，AM 通过实现快速原型设计和按需生产，加快了创新周期，大大缩短了开发时间。这次成功的合作已成为未来轻量级工作的蓝图，凸显了功能设计和高分辨率 AM 对实现前所未有的效率和性能水平的影响。

"我们认为 BionicBee 是展示 FDR 功能的完美挑战。这个项目凸显了由FORMIGA P 110 FDR 系统实现的精确超薄结构是如何彻底改变轻量级设计的--即使是较大的零件尺寸。

Philipp Schelling | 1zu1 的 SLS 生产经理