3D печать гражданских дронов и БПЛА

 

Сегодня мы часто слышим об использовании беспилотных летательных аппаратов военными  при проведении боевых и разведывательных операций. Однако, дроны и БПЛА способны решать также и большое количество гражданских задач. Беспилотники активно используют хозяйствующие субъекты, ученые и исследователи.  

К наиболее популярным применениям гражданских дронов относятся:

• Аэрофотосъемка
• Агрохимическая обработка
• Охрана территорий
• Доставка грузов

 

Аэрофотосъемка

Аэрофотосъемка – наиболее часто встречающаяся сфера использования гражданских дронов. С помощью беспилотников осуществляют съемку различных мероприятий, торжеств, достопримечательностей и т.д. Промышленные БПЛА применяются для сбора актуальной картографической информации, получения ортофотопланов лесов, полей, сельскохозяйственных угодий, городской застройки.

Беспилотные летательные аппараты способны осуществлять различные виды съемок:

• Фотосъёмка при помощи установленной на дрон камеры
• Лидарная съёмка с использованием лазерного луча для получения 3D-данных местности
• Магнитная съёмка магнитометрическим комплексом, применяется в геологии для исследования магнитного поля

 

Агрохимическая обработка

 

 

Традиционно агрохимическая обработка производится с использованием наземной техники или малой авиации. При этом такие способы имеют ряд ограничений.

Так, наземная техника расходует большое количество воды, простаивает в плохую погоду, уничтожает до 6% посевов при обработке земель.

Применение малой авиации также приводит к значительному расходу препаратов и удобрений, а большая высота распыления делает обработку, особенно трудно доступной местности, малоэффективной.

Квадрокоптеры, напротив, летают низко и медленно, что позволяет более детально и качественно обрабатывать труднопроходимые территории. При этом существенно сокращается расход воды – например, сельскохозяйственный дрон DJI Agras T30 оснащён 30-литровым баком и  может обработать до 16 гектар в час.

Охрана территорий  

Для наблюдения и защиты местности применяют дроны с установленной камерой, которая обладает функцией ночного видения или тепловизором.

Такие БПЛА осуществляют облёт территории по предварительно сформированному маршруту или же направляются к охраняемому объекту в случае получения сигнала тревоги

Доставка грузов

 

 

В логистике дроны, как правило, используются для доставки посылок в труднодоступные районы. Например, компания DHL, мировой лидер в сфере транспортировки грузов, реализовала автоматизированную станцию для беспилотников в горном районе.

Для отправки посылки необходимо поместить ее в специальный бокс станции, после чего автоматическая система переместит её к дрону, а последний отправится в место нахождения другой, ближайшей к конечному адресу доставки, автоматизированной станции.

Преимущества использования 3D-печати в разработке и производстве дронов

Быстрое прототипирование и оптимизация конструкции

Изготовление опытных образцов традиционными методами (механическая обработка или литьё) предполагает использование оснастки и инструментов, из-за чего отнимает много средств и времени.

Для 3D печати необходимо лишь подготовить трёхмерную модель детали дрона, это выполняется методом 3D моделирования в специальном ПО. Весь процесс от проектирования до получения физического объекта занимает, как правило, считанные дни.

Благодаря высокой скорости моделирования и производства компании-изготовители дронов получают возможность в короткие сроки вырастить несколько тестовых образцов, чтобы добиться оптимальной аэродинамики, веса и прочности беспилотника.

Прочные и высокотемпературные материалы

Современные 3D принтеры работают с большим количеством инженерных материалов. Для производства БПЛА используются, как правило, конструкционные пластики – ASA, PA (полиамид / нейлон), PC (поликарбонат), композитные полимеры, армированные углеволокном или стекловолокном.

Инженерные пластмассы отличаются ударной прочностью, износостойкостью, термостойкостью до 120 - 150°C. При этом обладают низким весом, что позволяет в некоторых случаях использовать их в качестве замены лёгким металлам.

Снижение веса деталей и расхода материала

                   

С помощью 3D принтера можно заменить внутреннюю конструкцию цельной детали на сотовую. Это достигается за счёт регулировки такого параметра 3D печати как «процент заполнения».

В результате 3D печатные компоненты дрона получают оптимальное соотношение веса к прочности,  что положительно сказывается на характеристиках летательного аппарата. Сокращение расхода материала естественным образом приводит и к снижению стоимости деталей беспилотника.

Кастомизация   

Благодаря 3D печати разработчики и производители дронов могут изготовить летательный аппарат в соответствии с индивидуальными требованиями конкретного заказчика. 3D принтер вырастит уникальные датчики, каркас, кронштейны и другие конструкционные элементы.

Кроме того, реверс-инжиниринг с использованием 3D-сканирования и 3D-печати позволяет оперативно изменить назначение беспилотника – например, превратить квадрокоптер, предназначенный для аэрофотосъемки, в логистический дрон.

3D-печатные компоненты дронов  

 

Каркас

 

Каркас является скелетом квадрокоптера, именно он превращает отдельные элементы в единое целое. В зависимости от типа дрона каркас выступает несущей конструкцией для пропеллеров или крыльев.

Главными требованиями к каркасу являются жёсткость, прочность и лёгкий вес. По этой причине оптимальным материалом для 3D печати рамы дрона является полиамид, для которого характерны гибкость и усталостная прочность. Для повышения жёсткости и термостойкости каркаса рекомендуется использование композитного полиамида, усиленного углеволокном.

 

Посадочные шасси

 

Главное назначение посадочных шасси – обеспечить мягкое приземление дрона. Конструкция шасси влияет на:

• Тип допустимой для посадки местности
• Тип приземления – мягкое или жёсткое / вертикальное или с использованием колёс
• Способность к поглощению удара
• Лёгкость сборки

 

Из-за множества факторов, определяющих конструкцию шасси, почти каждый беспилотный аппарат обладает индивидуальным дизайном этого компонента. С учётом этого, а также в условиях ограниченных сроков производства, 3D печать является более эффективным инструментом  изготовления посадочных шасси в сравнении с традиционными методами.  

 

К другим деталям дрона, которые можно изготовить на 3D принтере, относятся:

• Крылья или пропеллеры
• Крепление для камеры
• Держатель антенны
• Защитные компоненты, например, опорные щитки

 

Технологии и оборудование для 3D печати дронов

Как было упомянуто выше, для производства беспилотных летательных аппаратов обычно используются технологии 3D-печати пластиковыми материалами. Из них наиболее востребованными технологиями являются:

• FDM – экструзия пластиковой нити
• SLS – лазерное спекание пластикового порошка

 

FDM технология

 

FDM 3D принтеры отличаются сравнительно невысокой стоимостью, доступностью и широким ассортиментом расходных материалов, простой эксплуатацией, минимальными требованиями к помещению и квалификации оператора.

FDM технология подходит как для изготовления опытных образцов дронов, так и для штучного производства конечных деталей беспилотников.

3D принтеры, работающие по принципу экструзии пластика, печатают полимерами и бытового и инженерного назначения – PLA, PETG, ASA, TPU, PC, PA, PA CF, PA GF. А также тугоплавкими пластмассами, отличающимися наиболее высокими прочностью, термостойкостью, химической стойкостью – ULTEM, PEKK, PEEK, PEEK-CF.

Область печати крупногабаритных FDM 3D принтеров может превышать 1 метр, что позволяет получать большие компоненты дронов, например крылья, за один рабочий цикл без необходимости в сборке отдельных деталей.

Ознакомиться с каталогом FDM 3D принтеров

 

SLS технология 

 

 

SLS 3D принтеры демонстрируют более высокую производительность в сравнении с FDM технологией. Это обусловлено возможностью заполнения рабочей камеры деталями не только по периметру платформы, но и в высоту.

Кроме того, напечатанные методом лазерного спекания модели изотропны – их физические свойства одинаковы во всех направлениях. Поэтому эксплуатационные характеристики SLS 3D-печатных моделей выше аналогов, изготовленных методом экструзии пластика.  

По этим причинам SLS 3D печать целесообразно использовать в случаях, когда необходимо получить не только штучные образцы, но и наладить также мелкосерийное производство компонентов дронов (до 1000 шт. в месяц). А также когда к задачам прототипирования добавляется необходимость в получении функциональных конечных деталей, полностью готовых к использованию.

В качестве расходных материалов SLS 3D принтеры используют, как правило, полиамиды – PA 6, PA 11, PA 12, а также композитные полимеры на основе полиамидов. Среди прочих, эти пластики наиболее соответствуют требованиям, предъявляемым к деталям квадрокоптеров и БПЛА.

Ознакомиться с каталогом SLS 3D принтеров

 

Jetcom – профессиональный поставщик 3D-оборудования и расходных материалов

Наши специалисты готовы проконсультировать Вас по любым вопросам, связанным с внедрением 3D технологий в разработку и производство беспилотных летательных аппаратов.

Изучив Ваши задачи, мы поможем с выбором оптимальной технологии, материала и оборудования, а также напечатаем тестовую партию деталей Вашего дрона для проверки возможностей техники.

По вопросам подбора, поставки и пуско-наладки оборудования обращайтесь к нам любым удобным способом:

• Тел.: +7 (495) 739-09-09
• E-mail: otdel3d@jetcom.ru