如何打造自己的 DIY 無人機？

像 Skydio 或 DJI 這類大型製造商推出的現成無人機價格親民、購買容易，但你買到的產品就是固定組合 —— 若要針對特定應用進行客製化，可能會變得困難。

即使是預組套件，也可能限制你在速度優化或成本考量（例如善用既有材料）上的設計彈性。而打造屬於你自己的 DIY 無人機，則能讓你更輕鬆地為特定應用進行客製化調整。

在這篇指南中，我們將逐步解析 DIY 無人機的建構過程，提供容易取得、可自訂的材料清單，並深入探討各種製作方法、材料與元件的優勢。

認識無人機飛行原理

在我們介紹四軸無人機的設計步驟之前，先來瞭解無人機設計與性能的基本概念。

為什麼是四軸無人機？

四軸無人機常被用於無人機競速、監控、研究、工地巡檢等應用。它們最大的優勢在於機動性高與懸停能力強，非常適合像是犯罪現場監控或農業地圖繪製這類需長時間駐留的任務。

相對地，「固定翼無人機」（像飛機一樣的設計）則更適合長距離飛行與載重，常見於國防領域。

雖然你也可以自行打造固定翼無人機，但起降過程較為複雜。對於首次嘗試 DIY 無人機的人來說，四軸設計會是較簡單且直觀的選擇。

四軸無人機的飛行原理

四軸無人機是靠四組馬達向下推氣產生「升力」來起飛，其中兩組馬達順時針旋轉，另外兩組逆時針旋轉。這樣的力矩平衡讓飛行時不會打轉，就像直升機需要尾旋翼來維持平衡一樣。

無人機的機架尺寸、形狀與材料選擇

▲ION Mobility 所打造的這款無人機，其核心組件（包含電池、GPS、影像傳輸器等）以及包覆馬達與螺旋槳的外殼，都是透過 SLS 3D 列印製成。透過 3D 列印，ION 團隊成功強化了這台無人機的穩定性與耐用性，確保機架在碰撞或粗暴降落時能保護關鍵零件。

對於自製無人機而言，機架至關重要 —— 它佔了整體尺寸的大部分，需具備輕量、堅固與耐用三大特性，同時也是安裝電子元件與連接馬達臂的關鍵結構。

無人機尺寸是以螺旋槳尖端至另一端的距離來計算，例如「550 型」就是兩端相距 550 公釐。多數 FPV（第一人稱視角）無人機，如 DJI 熱門機型，直徑約為 200 至 300 公釐，具備高速與靈活性。不過，這類小型機架通常電池容量受限，飛行時間多半不超過一小時。

市售無人機機架多數採用 ABS 塑膠射出成型。你也可以選擇碳纖維材質，這類機架易於加工與組裝。又或者，利用 3D 列印技術設計獨特機架，整合馬達、電線、電池與導航模組，打造真正為應用而生的機體 —— 超越傳統 DIY 套件的限制。

例如，SLA 3D 列印機可使用高韌性 1500 V2 樹脂製作機架，其抗衝擊性能與聚丙烯射出件相當；SLS 尼龍 12 高韌性粉末則可免支撐結構列印，實現輕量化與複雜幾何。

▲3D 列印材料已經有非常大的進步，現在能夠承受重複的力和衝擊，並保持它們的實用性。Formlabs 的 SLA 樹脂，如高韌性1500樹脂V2 (左)，以及 SLS 粉末材料，如 尼龍12高韌性粉末 (右)，都經過工程性強化，擁有優當的實用力和耐衝擊性，是無人機應用的理想選擇。

選擇你的 DIY 無人機設計參數

▲這台農業地圖繪製用無人機採用固定翼設計，具備長距離與高速飛行能力，不需強調靈活性或懸停功能（圖片來源：Nextech）。

在選擇零組件前，首先要釐清幾個初始設計參數，包括：

✅ 應用需求：我的設計該如何針對應用進行最佳化？

每台無人機都要在結構強度與重量之間找到平衡 —— 載重穩但不能太耗電。

• 運輸無人機需大尺寸與大電池

• 競速無人機需極致輕巧與靈活

• 監控無人機需整合高畫質攝影模組

✅ 法規限制：有哪些法規需要注意？

不同國家規定不同。例如美國：

• 小於 250 克的無人機可自由飛行（限娛樂用途）

• 超過 250 克者需考 FAA 執照並申請特定飛行區域許可

此外，所有無人機都需在 400 英尺以下飛行，並禁飛於機場 5 英里範圍內。

✅ 預算規劃：我應該花多少錢購買零件？

可依預算靈活搭配現成零件。使用 3D 列印機架與支臂的優勢在於 —— 你能依照較便宜的零件客製機身，不需侷限於制式組裝方式。

為你的無人機選擇製造方式

▲對於水下無人機（UUVs）來說，3D 列印是一個不錯的選擇，儘管 FDM（左圖）列印的零件並不具備防水性。SLA（中圖）與 SLS（右圖）列印的零件已在高壓水下環境中進行過測試，能有效保護精密電子元件的安全。

你可以選擇使用全套現成的無人機元件、一套預組裝的無人機套件，或是完全原創的設計（並決定要如何製作這些零件）。大多數的無人機套件都有附上組裝說明，因此本指南會聚焦於如何打造一台完全原創設計的 DIY 無人機，並使用 3D 列印製作非電子零件。

不過即使是使用現成套件或預製機身，3D 列印也能提供很好的替代零件製作方式，或是用來製作可強化、固定，或客製化現有無人機的附加部件。

DIY 無人機的 3D 列印應用

雖然多數無人機愛好者都熟悉「熔融沉積建模」（FDM）技術 —— 透過噴嘴一層一層擠出塑料絲材，就像熱熔膠槍一樣 —— 但這項技術並不適合用於功能性無人機的製造。

FDM 3D 列印的零件具有各向異性的材料特性，當受到衝擊或承受重量時，零件可能沿著層線剝離。雖然 FDM 是快速且經濟的原型製作方式，但若要製作最終使用的無人機部件，建議改用功能性更強的列印技術。

SLA（光固化）3D 列印不僅可用於打樣，也能生產最終可用的高品質零件。SLA 列印出的零件具有各向同性的材料特性，代表在受力時不會沿著層線剝離。此外，SLA 提供多種材料可用來針對不同應用情境選擇最合適的性能組合。

舉例來說，水下無人機（UUV）需要具備防水功能的外殼。使用 SLA 進行 UUV 零件的列印是一種理想選擇，特別是搭配像 Formlabs 的 Silicone 40A Resin 這類具彈性的樹脂來製作墊圈與密封件。

具有抗衝擊能力的材料，例如 高韌性 1500 V2 樹脂，非常適合列印薄殼外殼、支架與保護蓋。SLA 列印出的表面光滑細緻，不僅提升專業外觀，也有助於整體無人機的美觀設計。

高速 SLA 列印機，如 Form 4 與 Form 4L，可在一天內多次產出原型，極適合無人機設計的反覆迭代階段使用。

SLS 3D列印在無人機設計方面有多項獨特優勢。粉末床融合技術可在列印時自帶支撐，不需額外支撐結構，因此不會留下支撐痕跡，並能製作複雜、有機的幾何形狀，有助於實現輕量高強度的設計。像Formlabs的Nylon 12 Tough Powder這種SLS粉末具有高度耐用性，已廣泛應用於工業承重環境。

若你正在為商業用途設計並製作1至5台DIY無人機（例如提供無人機服務），將SLS零件外包給代工服務是一種具成本效益的方式，能獲得功能性強又堅固耐用的無人機機體。若你打算量產無人機，則可考慮引進Fuse 1+ 30W SLS 3D列印機，降低前期成本並建立內部生產流程。

使用 3D 列印工具製作無人機

這款競速無人機的機架是用碳纖板裁切出來的分離零件組成。它超級輕量且耐衝擊，但若要客製化某些模組或載荷配置就較為困難。

許多消費型無人機使用碳纖維機身結構，因為其具備極輕且強度高的特性。這些碳纖零件通常是由大批量碳纖板裁切而成。雖然這種機架非常適合居家DIY組裝，但它是為特定技術配置設計的，不具真正的客製彈性。

不過，即使不用3D列印來製作機體本身，也可以透過3D列印工具模具來快速打造客製化碳纖零件。

雖然製作碳纖模具有多種方式，但由於SLA樹脂列印零件的表面非常光滑、材料選擇多樣，成為許多工作室製作模具的首選。SLA零件幾乎沒有列印層紋與孔隙，因此可以讓碳纖材料完美貼合模具，不會產生不良紋理。

使用SLS設計DIY無人機（實作範例）

以設計一台符合FAA與NDAA規範的第一人稱視角（FPV）無人機為例，說明整個步驟如下：

1. 確認參數：

• 機身重量超過250克

• 具備遠端ID

• 具備GPS

• 具備攝影與影像傳輸模組

• 使用標準SUAS電池（HRB 2pcs 6S Lipo Battery XT60）

• 四旋翼馬達配置

2. 選擇零件：

• 從附錄中選擇所需的現成零件（BOM清單）

3. 設計類型：

• 固定翼？四軸飛行？封閉式葉片推進設計？

4. 輕量化優化：

• 使用格構（lattice）設計減重

• 套用生成式設計軟體找出強度與重量最佳解

5. 選擇3D列印技術：

本設計需能承受LiPo電池重量，又不能太笨重，還需具備抗撞與抗UV能力。最佳選擇是使用SLS 3D列印技術，透過 Formlabs Fuse 1+ 30W，可將所有零件塞入同一列印槽，無需支撐結構，並在24小時內完成列印與簡易後處理。

6. 選擇材料：

• 使用 尼龍 12 高韌性粉末製作機臂、元件板、外殼等結構件

• 使用 TPU 90A Powder 製作間隔墊圈、攝影機與GPS模組的固定座

Nylon 12 高韌性粉末具高度韌性與尺寸穩定性，刷新率僅20%，非常具成本效益。

TPU 90A 則非常適合用於吸收衝擊、保護精密模組的彈性零件，像是攝影機與GPS支架。這個材料還能進行穿孔或拉線，這是其他SLS材料做不到的。

7. 列印與後處理：

• 依照列印與後處理指引操作

• 小零件（如墊圈）容易在粉末中遺失，可用零件籠或以網格形式列印後再剪裁

• Nylon與TPU需分別使用不同列印機器

• 用Fuse Sift去除未燒結的粉末

• TPU物件不可使用噴砂處理

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