Bayerischer Greif

Ein High-Performance UAV aus dem 3D-Drucker hebt ab

Ende August fiel der Startschuss für ein Projekt, das mich wieder komplett in die Welt der Avionik abtauchen ließ. Was als eine Initiative begann, um bestehendes Wissen aufzufrischen und sich mit den neuesten Hard- und Softwareentwicklungen vertraut zu machen, hat sich schnell zu einem vollwertigen Zeitintensiven Projekt entwickelt: ein komplett 3D-gedrucktes, hochleistungsfähiges UAV mit neuester Technik und 

Technische Daten und ambitionierte Ziele

Die Eckdaten des Fluggeräts sprechen für sich und lassen das Herz jedes Technik-Enthusiasten höherschlagen:

  • Spannweite: 1,3 Meter
  • Flügelprofil: Eppler E205 für optimale aerodynamische Eigenschaften
  • Flächenbelastung: Variabel von 54 bis 120 g/dm², was eine flexible Zuladung ermöglicht
  • Antrieb: Ein effizienter 10x6 Propeller
  • Gewicht: Angestrebtes Leergewicht von ca. 2,3 kg bei einem maximalen Abfluggewicht (MTOW) von 3,5 kg

Das wahre Highlight ist jedoch die geplante Avionik. Ausgestattet mit dem bewährten Ardupilot-Flugcontroller und GPS, wird die Drohne vollständig autonom agieren können. Funktionen wie Return to Home, Position Hold, komplexe Waypoint-Missionen sowie automatisches Starten und Landen sind nur einige der Fähigkeiten.

Die Plattform ist als modularer Baukasten konzipiert. Eine austauschbare Nase ermöglicht die schnelle Montage verschiedener Kamerasysteme, von hochauflösenden 4K-Kameras bis hin zu Wärmebildkameras (IR). Auch der Einbau eines 3-Achsen-Gimbals, das per Headtracking gesteuert werden kann, ist vorgesehen. Mit einer beeindruckenden angestrebten Flugzeit von bis zu 4 Stunden eignet sich das UAV perfekt für Langzeitmissionen.

Die Herausforderung des 3D-Drucks: Material und Methode

Der Bau eines solch großen und performanten Fluggeräts aus dem 3D-Drucker ist kein leichtes Unterfangen. Die Wahl des richtigen Materials ist entscheidend, und hier kam eSUN LW-PLA zum Einsatz.

Was macht LW-PLA (Light-Weight PLA) so besonders?

Im Gegensatz zu herkömmlichem PLA hat LW-PLA eine einzigartige Eigenschaft: Es schäumt während des Druckprozesses aktiv auf. Das Material enthält einen Treibstoff, der bei einer bestimmten Temperatur im Hotend des Druckers aktiviert wird. Nach dem Austreten aus der Düse expandiert das Filament, ähnlich wie aufschäumende Polyurethan-Isolierung.

Dieser Prozess führt zu Teilen, die bei gleichem Volumen deutlich leichter sind als solche aus normalem PLA. Durch die Anpassung der Drucktemperatur kann der Grad der Aufschäumung und damit die Dichte des Bauteils präzise gesteuert werden. Das Ergebnis sind extrem leichte, aber dennoch stabile Strukturen – perfekt für die Luft- und Raumfahrt.

Trotz der Vorteile brachte das Material auch Herausforderungen mit sich. Um die Stabilität der gedruckten Teile weiter zu erhöhen und eine versiegelte Oberfläche zu schaffen, wurden alle Komponenten sorgfältig mit einer Lösung aus Harz und Isopropanol bestrichen. Für kritische Bereiche wie die Rumpfunterseite und die Anlenkung des Hecks ist eine zusätzliche Laminierung mit Kevlar-Verbundfasern geplant, um maximale Widerstandsfähigkeit zu gewährleisten.

Zukunftsvision: KI, 5G und erweiterte Sensorik

Dieses Projekt ist weit mehr als nur ein Flugmodell. Der große Rumpf und die hohe mögliche Zuladung machen die Plattform zu einem idealen Testträger für zukünftige Technologien.

Im nächsten Entwicklungsschritt wird die Autonomie auf ein neues Level gehoben. Geplant ist der Einbau eines KI-Boards, das visuelle Navigation ermöglicht. Die Drohne soll lernen, ihre Umgebung zu erkennen und darauf zu reagieren, unabhängig von GPS. In Verbindung damit wird die Steuerung und Datenübertragung über das 5G-Mobilfunknetz erprobt, was eine nahezu unbegrenzte Reichweite ermöglicht.

Neben der Videoübertragung werden permanent weitere Daten geloggt, darunter:

  • Fluggeschwindigkeit (Airspeed)
  • Temperatur und Luftfeuchtigkeit
  • Verfügbare WLAN-Netze in der Umgebung

Diese Forschungsplattform ist ein spannendes Beispiel dafür, wie moderne Technologien wie 3D-Druck, künstliche Intelligenz und fortschrittliche Materialien die Möglichkeiten der unbemannten Luftfahrt erweitern.