Eine Drohne kann zu großen Teilen mit einem 3D-Drucker hergestellt werden. Das gilt vor allem für den Rahmen, Halterungen, Landefüße, Schutzbügel und Gehäuse. Also Bestandteile, die keine mechanischen oder technischen Aufgaben übernehmen. Motoren, Propeller, Akku und Steuerungselektronik stammen weiterhin aus dem Fachhandel.

Gerade bei individuellen Modellen bietet der 3D-Druck viel Spielraum und seine Vorteile.  So lassen sich einzelne Komponenten anpassen, defekte Teile kurzfristig nachfertigen und neue Ideen ohne spezielle Werkzeuge testen. Für die Drohnenentwicklung ist das interessant, weil sich ein 3D-Modell schnell verändern und erneut drucken lässt.

Ob eine 3D-gedruckte Drohne später zuverlässig fliegt, entscheidet sich allerdings nicht erst beim Zusammenbau. Material, Konstruktion, Steifigkeit und Druckqualität müssen von Anfang an zur Belastung passen.

Können Drohnen mit 3D-Druck hergestellt werden?

Eine Drohne lässt sich teilweise im 3D-Druckverfahren fertigen. Mit einem guten 3D Drucker lassen sich vor allem Bauteile, die dem Fluggerät seine Form geben oder andere Komponenten (z.B.: Akku oder Steuerelektronik) aufnehmen, herstellen.

Für unterschiedliche Drohnenmodelle lassen sich also beispielsweise folgende Komponenten drucken:

• Hauptrahmen und Drohnenarme
• Motor- und Akkuhalterungen
• Landefüße
• Propellerschutz und Abdeckungen
• Kamerahalterungen
• Antennenaufnahmen
• Gehäuse für die Elektronik
• Halterungen für GPS oder Sensoren

Kleinere Frames lassen sich in einem Stück herstellen, während bei größeren Drohnenmodellen ein modularer Aufbau meist sinnvoller ist. Der 3D Drucker bietet allerdings noch einen anderen Vorteil, denn mit ihm lassen sich Ersatzteile für beschädigte Teile herstellen, ohne das ganze Bauteil auszutauschen. 

Auch Gehäuse können genau auf die verbaute Elektronik abgestimmt werden. Je nach Anwendung lassen sich Aussparungen für Kabel, Lüftungsöffnungen oder eine Dichtung bereits bei der Konstruktion berücksichtigen. Eine vollständig witterungsfeste Ausführung entsteht dadurch jedoch nicht automatisch. Material, Wandstärke und Verschluss müssen zur späteren Nutzung passen.

Kann man eine Drohne mit einem 3D-Drucker selbst bauen?

Wer eine Drohne selbst bauen möchte, braucht neben einem geeigneten Drucker zusätzlich Kenntnisse in Elektronik, Löten und Flugsteuerung. Deswegen empfehlen wir für das erste Projekt eine erprobte Vorlage mit vollständiger Teileliste.

Aus dieser Vorlage, die man bei verschiedenen Anbietern finden kann, sollte hervorgehen, welche Motoren, Propeller, Schrauben und Elektronikkomponenten vorgesehen sind. So vermeiden Sie, dass der gedruckte Rahmen am Ende nicht zur Technik passt.

Nach der Fertigung werden die Teile kontrolliert und bei Bedarf nachbearbeitet. Danach folgen Motoren, Regler, Flight Controller, Empfänger und Akkuhalterung. Bei einer FPV-Drohne beispielsweise kommen Kamera, Videosender und Antenne hinzu.

Vor dem ersten Start muss die Flugsteuerung eingerichtet werden. Dazu gehört die Zuordnung der Motoren, ihre Drehrichtung und die Kalibrierung der Sensoren. Auch der Schwerpunkt sollte geprüft werden.

Ein sauber gedruckter Rahmen allein reicht also nicht aus. Erst wenn Antrieb, Gewicht und Steuerung aufeinander abgestimmt sind, entsteht eine flugtaugliche Konstruktion.

Steuerung aufeinander abgestimmt sind, entsteht eine flugtaugliche Konstruktion.

Welches Material eignet sich am besten für eine 3D-gedruckte Drohne?

Das passende Druckmaterial richtet sich nach dem jeweiligen Bauteil, welche Sie gerade vor haben zu drucken. Ein tragender Arm muss andere mechanische Eigenschaften besitzen als eine flexible Antennenhalterung. In der Praxis werden deshalb häufig mehrere Kunststoffe kombiniert.

• PLA für Prototypen und Passproben: PLA lässt sich unkompliziert verarbeiten und liefert formstabile Ergebnisse. Für erste Entwürfe, Passproben und die Prototypenentwicklung ist das Filament gut geeignet.
• Bei einem harten Aufprall kann PLA jedoch spröde brechen. Auch höhere Temperaturen sind problematisch. Für dauerhaft eingesetzte Rahmen ist es deshalb meist nicht die erste Wahl.
• PETG für robuste Bauteile: PETG ist zäher als PLA und verkraftet Stöße besser. Es eignet sich unter anderem für Landefüße, Halterungen, Gehäuse und weniger stark beanspruchte Rahmen.
• Das Material ist allerdings flexibler. Bei langen Armen kann diese Nachgiebigkeit zu Vibrationen führen, die sich auf die Flugsteuerung und mögliche Kameraaufnahmen auswirken.
• Nylon für stark beanspruchte Komponenten: Nylon ist robust, langlebig und besitzt eine gute Schlagfestigkeit. Es kommt daher für Teile infrage, die bei Landungen oder Abstürzen stärker belastet werden.
• Die Verarbeitung ist anspruchsvoller. Das Material nimmt schnell Feuchtigkeit auf und muss trocken gelagert werden. Je nach Sorte sind außerdem ein beheiztes Druckbett und ein geschlossener Bauraum erforderlich.
• CF-Filamente für eine höhere Steifigkeit: Mit kurzen Carbonfasern verstärkte Materialien, häufig als CF-Filamente bezeichnet, erhöhen die Steifigkeit des jeweiligen Grundmaterials. Als Basis werden unter anderem Nylon, PETG oder Polycarbonat verwendet.

Für leichte und formstabile Strukturen kann das sinnvoll sein. Trotzdem bleiben gedruckte Teile schichtweise aufgebaut. Sie erreichen daher nicht automatisch die Robustheit eines gefrästen Rahmens aus Carbonplatten.

Bei schnellen FPV-Drohnen werden häufig Carbonplatten für die tragende Struktur eingesetzt. Gedruckte Elemente dienen dann als Kamera-, Antennen- oder Akkuhalterung. Wegen der abrasiven Fasern ist für die Verarbeitung eine gehärtete Düse erforderlich.

Welche 3D-Druckverfahren eignen sich für Drohnenteile?

Für viele Projekte kommt der FDM-3D-Druck zum Einsatz. Diese Fertigungsmethode ist weit verbreitet, vergleichsweise gut zugänglich und verarbeitet zahlreiche Filamente. Ersatzteile können dadurch direkt am eigenen Standort hergestellt werden.

Bei professionellen Anwendungen kann auch SLS infrage kommen. Beim selektiven Lasersintern entstehen Teile aus Polyamidpulver, ohne dass zusätzliche Stützstrukturen erforderlich sind. Dadurch lassen sich komplexe Geometrien umsetzen und mehrere Komponenten effizient in einem Bauraum fertigen.

Der SLA-3D-Druck bietet eine hohe Genauigkeit und feine Oberflächen. Gewöhnliches Resin ist für tragende Rahmen jedoch häufig zu spröde. Technische Harze können für bestimmte Anwendungen geeignet sein, sofern ihre Eigenschaften zur tatsächlichen Beanspruchung passen.

Welches Verfahren die beste Lösung ist, hängt nicht allein von der Größe ab, auch Geometrie, gewünschte Robustheit, Nachbearbeitung und Stückzahl spielen eine Rolle. Druckerfachmann prüft deshalb zunächst, welche Anforderungen das Bauteil erfüllen muss. Erst danach wird entschieden, welcher Drucker und welches Verfahren dafür infrage kommen.

Wie viel kostet eine 3D-gedruckte Drohne in der Fertigung?

Die Materialkosten für die gedruckten Teile fallen meist vergleichsweise gering aus. Je nach Größe, Filament und Fülldichte werden für einen Rahmen nur einige Hundert Gramm Kunststoff benötigt.

Der größere Teil des Budgets entfällt auf:

• Motoren
• elektronische Regler
• Flight Controller
• Funkempfänger
• Akku und Propeller
• Fernsteuerung
• Ladegerät
• FPV-Technik

Für eine einfache eigene Drohne können etwa 150 bis 300 Euro anfallen, wenn Fernsteuerung und Ladegerät bereits vorhanden sind. Leistungsfähige FPV-Modelle kosten mit hochwertiger Videoausrüstung schnell 400 Euro oder mehr.

Hinzu kommen Ersatzpropeller, zusätzliche Akkus und mögliche Fehldrucke. Der Eigenbau ist deshalb nicht automatisch günstiger als ein fertiges Modell von DJI oder einem anderen Hersteller. Interessant wird er vor allem dann, wenn besondere Abmessungen, individuelle Halterungen oder kurzfristig verfügbare Ersatzteile benötigt werden.

Sind 3D-gedruckte Drohnen stabil und flugtauglich?

Richtig ausgelegt können gedruckte Drohnen stabil und flugtauglich sein und eine hohe Witterungsbeständigkeit aufweisen. Für die Stabilität und Flugtauglichkeit ist wichtig, wie die Kräfte im Bauteil verlaufen und in welcher Richtung es gefertigt wurde.

Bei FDM-Teilen sind die Verbindungen zwischen den Schichten meist schwächer als das Material innerhalb einer Schicht. Stark belastete Bereiche sollten daher nicht so ausgerichtet werden, dass die Kräfte direkt an diesen Übergängen ziehen.

Auch das Gewicht muss im Blick bleiben. Mehr Material erhöht häufig die Stabilität, verlangt aber stärkere Motoren und einen größeren Akku. Wird zu sparsam konstruiert, kann sich der Rahmen verwinden oder bei der ersten harten Landung brechen. Bei stoßbelasteten Teilen ist deshalb neben der Festigkeit auch die Bruchdehnung wichtig.

Für Prototypen, ruhige Flugmodelle und individuelle Anbauteile ist der 3D-Druck gut geeignet. Bei sehr schnellen oder schweren Modellen kommen häufig Mischkonstruktionen aus Carbon, Metall und gedrucktem Kunststoff zum Einsatz.

Vor dem Start sollten Motorhalterungen, Schraubpunkte und Arme sorgfältig geprüft werden. Erste Testflüge erfolgen am besten in geringer Höhe und mit ausreichend Abstand zu Personen und Hindernissen.

Wo findet man Vorlagen oder STL-Dateien für 3D-gedruckte Drohnen?

STL-Dateien für Drohnen und Zubehör gibt es unter anderem auf Printables, Thingiverse, MakerWorld, Cults3D und MyMiniFactory.

Nicht jedes Modell auf diesen Plattformen ist für den tatsächlichen Flugbetrieb geeignet. Manche Dateien zeigen lediglich eine Idee oder ein optisches Konzept.

Eine gute Vorlage enthält möglichst:

• eine vollständige Stückliste
• passende Motor- und Propellergrößen
• Angaben zu Schrauben und Gewindeeinsätzen
• Empfehlungen zum Material
• Hinweise zur Druckausrichtung
• Bilder eines aufgebauten Modells
• Erfahrungen aus Testflügen

Wer eine vorhandene Datei verändert, sollte besonders auf Motorabstände, Befestigungspunkte und Schwerpunkt achten. Schon kleine Anpassungen können die Gewichtsverteilung verändern oder dazu führen, dass die Propeller nicht mehr genügend Abstand zueinander haben.

Für Maker und private Projekte können erprobte Vorlagen eine gute Grundlage sein. In der professionellen Drohnenentwicklung sollte die Konstruktion dagegen von Anfang an auf den vorgesehenen Einsatz abgestimmt werden.

Drohnenteile mit dem passenden 3D-Drucksystem fertigen

Bei technischen Drohnenbauteilen zählt nicht allein eine saubere Oberfläche. Rahmen, Halterungen und Gehäuse müssen leicht sein, Vibrationen aushalten und auch an Bohrungen oder Schraubpunkten dauerhaft stabil bleiben. Entsprechend wichtig ist es, Druckverfahren, Material und Bauteilgeometrie aufeinander abzustimmen.

Für belastbare Bauteile und größere Stückzahlen kann beispielsweise die HP Jet Fusion 5600 Series infrage kommen. Das MJF-System verarbeitet unter anderem PA12 und eignet sich für leichte, robuste Konstruktionen. Dass sich damit auch tragende Drohnenstrukturen fertigen lassen, zeigt das von Druckerfachmann vorgestellte Projekt „The Eye Above“. Der Airframe der Drohne wurde mit der HP Jet Fusion 5600 Series hergestellt. 

Druckerfachmann unterstützt Unternehmen bei der Auswahl eines geeigneten Systems für Rapid Prototyping, Kleinserien und technische Endbauteile. Neben dem Drucker werden dabei auch Material, Bauraum, Stückzahl, Nachbearbeitung und die spätere Nutzung berücksichtigt.

Das ist besonders für Unternehmen aus Robotics, Luftfahrt, Entwicklung oder Maschinenbau interessant. Sensorhalterungen, Gehäuse, Abdeckungen und Ersatzteile lassen sich im eigenen Betrieb fertigen und bei Bedarf kurzfristig anpassen. Auch eine spätere Serienproduktion kann bereits bei der Auswahl des 3D-Drucksystems berücksichtigt werden.

FAQ zur 3D-Druck-Drohne

Welche 3D-Drucker eignen sich für den Bau einer Drohne?

Für viele Teile reicht ein präziser FDM-Drucker. Nylon, Polycarbonat und carbonfaserverstärkte Filamente stellen höhere Anforderungen an Düsentemperatur, Druckbett und Bauraum. Druckerfachmann hilft dabei, Gerät, Material und Anwendung sinnvoll aufeinander abzustimmen.

Welche Software wird zum Konstruieren einer 3D-gedruckten Drohne verwendet?

Geeignet sind CAD-Programme wie Fusion, FreeCAD, SolidWorks oder Onshape. Nach der Konstruktion wird das Modell als STL- oder 3MF-Datei exportiert und in einem Slicer für die Fertigung vorbereitet.

Welche Komponenten werden für eine FPV-Drohne benötigt?

Zu einer FPV-Drohne gehören Rahmen, Motoren, Regler, Flight Controller, Propeller, Empfänger und Akku. Für die Bildübertragung werden zusätzlich Kamera, Videosender und Antenne benötigt.

Wie viel Gewicht spart ein 3D-gedruckter Drohnenrahmen?

Eine feste Gewichtsersparnis gibt es nicht. Sie hängt von Geometrie, Material, Wandstärke und Fülldichte ab. Gegenüber massiven Kunststoffteilen kann ein gedruckter Rahmen leichter sein, gegenüber dünnen Carbonplatten häufig schwerer.

Welche Druckeinstellungen sind für Drohnenteile optimal?

Mehrere Außenwände, eine ausreichende Fülldichte und die richtige Druckrichtung sind wichtiger als ein pauschaler Wert. Temperatur, Kühlung und Druckgeschwindigkeit müssen zum verwendeten Filament passen.

Lohnt sich der Eigenbau einer Drohne mit dem 3D-Drucker?

Der Eigenbau lohnt sich vor allem bei individuellen Abmessungen, besonderen Halterungen oder schwer erhältlichen Ersatzteilen. Wer eine sofort einsatzbereite Kamera- oder Freizeitdrohne sucht, ist mit einem fertigen Modell meist besser beraten.

Welche gesetzlichen Vorschriften gelten für selbst gebaute Drohnen?

Auch Eigenbauten unterliegen den geltenden EU-Drohnenregeln. Je nach Abfluggewicht, Ausstattung und Einsatzort können Registrierung, e-ID, Kenntnisnachweis und Versicherung erforderlich sein.