重量僅34克！Festo 開發(fā)仿生“蜂群”飛行器，采用EOS高精密3D打印技術(shù)

導(dǎo)讀：人類長期以來一直對仿生學(xué)感興趣，將其作為一種設(shè)計更高效材料和系統(tǒng)的方法。雖然一些早期的嘗試并不那么成功——例如達(dá)芬奇受鳥類啟發(fā)的人類飛行器——但也有一些嘗試取得了突破性的進(jìn)展。

2025年8月18日，南極熊獲悉，自動化專家費斯托（Festo）開發(fā)了一款使受蜜蜂啟發(fā)的微型仿生飛行器——“BionicBee”，使制造“蜂群”飛行物體成為可能。BionicBee 是一款微型飛行器，具備優(yōu)異的自主飛行特性、在狹窄復(fù)雜空間內(nèi)飛行以及作為蜂群的一部分進(jìn)行操控的能力。飛行器翼展 240 毫米，重量僅為 34 克，是目前 Festo 仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中最小的飛行器。這一壯舉并非一帆風(fēng)順，但最終得益于EOS的精細(xì)細(xì)節(jié)分辨率(FDR) 技術(shù)。

仿生蜂概念化

Mattias Speckle 解釋說：“BionicBee 誕生于 Festo 的仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，致力于探索受自然啟發(fā)的工程解決方案，以應(yīng)對現(xiàn)實世界的挑戰(zhàn)。理念是通過研究自然界中蜜蜂非凡的敏捷性和效率，重新思考自主飛行�！�

3D 打印 BionicBee EOSFesto蜜蜂本身擁有獨特的飛行方式，這使得它們能夠在花叢間快速移動采集花蜜和花粉。它們的動作特點是短促、快速的翅膀拍動和翅膀的旋轉(zhuǎn)。這種飛行方式加上它們強(qiáng)大的飛行肌肉，意味著蜜蜂即使翅膀相對于體型較小，也能高效飛行。

Mattias 繼續(xù)說道：“團(tuán)隊并沒有開發(fā)傳統(tǒng)的無人機(jī)，而是著手設(shè)計一款模仿蜜蜂輕巧、高機(jī)動性的微型飛行器，旨在實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用的群體行為。這個項目也是為了突破設(shè)計和制造的極限，展示當(dāng)生物學(xué)原理與先進(jìn)工程技術(shù)相結(jié)合時所能創(chuàng)造的無限可能�！�

找到正確的解決方案

在設(shè)計這款自主微型飛行器時，F(xiàn)esto 團(tuán)隊必須在實現(xiàn)小型輕量化結(jié)構(gòu)與保持耐用性和功能性之間找到平衡。團(tuán)隊還必須找到一種既能保持緊湊，又能容納多個組件的結(jié)構(gòu)，包括一臺無刷電機(jī)、三臺伺服電機(jī)、一個變速箱、一個電池和幾塊電路板。

不出所料，增材制造很快就成為 Festo 在 BionicBee 研發(fā)中的理想解決方案。Mattias 補(bǔ)充道：“在開發(fā)過程的早期，我們就明確了增材制造的重要性。BionicBee 的設(shè)計要求是超輕且堅固的框架，并具有極其精細(xì)復(fù)雜的幾何形狀，而傳統(tǒng)的制造方法根本無法滿足。需要將多個電子元件容納在一個極其小巧輕便的機(jī)身中，這需要優(yōu)化的晶格結(jié)構(gòu)，而如果沒有增材制造，這幾乎是不可能實現(xiàn)的。”

然而，團(tuán)隊早期使用傳統(tǒng)的選擇性激光燒結(jié) (SLS) 技術(shù)難以在強(qiáng)度、柔韌性和分辨率方面達(dá)到理想的指標(biāo)。他們說道：“傳統(tǒng)的 SLS 技術(shù)根本無法制造出兼顧輕量化和強(qiáng)度的超薄高分辨率結(jié)構(gòu)。這些局限性清楚地表明，我們需要一種不同的解決方案�！�

本案例中的解決方案基于 EOS 的FORMIGAP 110 FDR設(shè)備及其精細(xì)細(xì)節(jié)分辨率技術(shù)，這款粉末基聚合物 3D 打印機(jī)配備了CO2激光器，擁有超細(xì)光束（直徑僅為標(biāo)準(zhǔn) SLS 的一半），因此能夠打印尺寸精度為 +/- 40 µm、最小壁厚為0.22 mm 的堅固尼龍部件。

讓蜂群煥發(fā)生機(jī)

通過與奧地利制造合作伙伴 1zu1 密切合作并利用 EOS 的 FDR 解決方案，F(xiàn)esto最終成功打印了 BionicBee 的框架，在強(qiáng)度、容量和最小重量等各方面都達(dá)到了必要的標(biāo)準(zhǔn)。

BionicBee飛行器框架采用 PA1101 3D 打印而成，這是一種蓖麻油衍生的尼龍材料，以其高抗沖擊性和熱穩(wěn)定性而聞名。FestoBionic 團(tuán)隊還利用算法驅(qū)動的建模優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，在不影響性能的情況下，將部件重量從 20 克減輕至僅 3 克，降低了 85%。

3D 打印 BionicBee EOSFesto除此之外，在項目開發(fā)過程中使用增材制造技術(shù)，使 Festo 團(tuán)隊能夠按時完成任務(wù)，并在不延長交付周期的情況下測試飛行器框架的不同版本。Mattias 說道：“3D 打印實現(xiàn)了快速迭代周期，這對于緊迫的項目時間至關(guān)重要。從一開始，F(xiàn)esto 就將增材制造視為不僅僅是一種選擇，更是整個概念的推動力�！�

最終，費斯托成功打造出一款受蜜蜂啟發(fā)的微型飛行器，翅膀拍動頻率為15至20赫茲，并擁有四個拍動自由度。這使得這款飛行器能夠在狹小空間內(nèi)靈活飛行，并具備集群飛行的靈活性——費斯托已成功演示了20個單元的同步集群飛行。

最后，Mattias 補(bǔ)充道：“BionicBee展現(xiàn)了高分辨率增材制造技術(shù)在輕量化設(shè)計中的潛力。項目的成功開辟了許多其他機(jī)遇——從先進(jìn)的空中機(jī)器人和微型飛行器，到任何對減重、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和快速迭代至關(guān)重要的應(yīng)用。尤其值得一提的是，項目已證明能夠在保持結(jié)構(gòu)完整性的同時將框架重量減輕 85%，這為其他需要精密、耐用、超輕部件的航空航天、汽車甚至醫(yī)療應(yīng)用帶來了巨大的潛力。此次合作還展示了 AM 如何縮短開發(fā)時間，這對于希望快速從概念轉(zhuǎn)向功能原型和生產(chǎn)的創(chuàng)新驅(qū)動型行業(yè)具有吸引力�！�