Razvoj generativne programske opreme za oblikovanje, napredek v kamerah, senzorjih, baterijah, velikosti in hitrosti mikročipov ter procesorjev ter nove metode prenosa podatkov so vsi prispevali k nenehno razvijajočemu se svetu brezpilotnih sistemov.
Ti sistemi, v nadaljevanju poimenovani kot droni, vključujejo podvodna brezpilotna vozila (UUV), brezpilotne zračne sisteme (UAS) ter majhne brezpilotne zračne sisteme (sUAS). Za oblikovanje in izdelavo teh kompleksnih in naprednih sistemov se industrija opira na agilnost, prilagodljivost in stroškovno učinkovitost 3D-tiskanja.
Danes se droni uporabljajo po vsem svetu za širok nabor namenov — vojaške operacije, obrambo, kmetijsko kartiranje, raziskave in zbiranje podatkov, varnost, nadzor, rekreacijo, zabavo in več.
Tovarniško izdelani droni velikih proizvajalcev, kot sta Skydio ali DJI, so cenovno dostopni in jih je enostavno kupiti, vendar to, kar naročite, je tudi vse, kar dobite – prilagajanje drona vašim specifičnim potrebam je lahko oteženo.
Tudi vnaprej sestavljeni dronski kompleti omejujejo možnost prilagoditve oblikovanja za večjo hitrost ali uporabo materialov, ki jih že imate, kar lahko zniža stroške. Izdelava lastnega DIY drona vam omogoča enostavno prilagoditev naprave vašim specifičnim potrebam.
Metode izdelave dronov s 3D-tiskanjem
Pri izbiri prave metode izdelave drona upoštevajte naslednje dejavnike:
- Teža in nosilnost: Droni morajo uravnotežiti strukturno trdnost z minimalno težo. Lažji droni imajo večji doseg, vendar lahko zmanjšana teža pomeni manjšo vzdržljivost. Materiali za SLS tiskanje, kot sta najlon in TPU, omogočajo trdnost brez dodatne mase.
- Vzdržljivost in strukturna integriteta: Ogrodje mora prenesti udarce in stalne obremenitve med letom ob nosilnosti kamer, virov energije ipd. Pretok zraka okoli elektronike je ključen za hlajenje. SLS omogoča kompleksne oblike za optimalni pretok zraka brez kompromisa glede trdnosti.
- Odpornost na okolje (vremenska in vodotesnost): Elektroniko je treba zatesniti, strukturo pa zaščititi pred korozijo, mrazom ipd. Naknadna obdelava (Cerakote, glajenje z acetonsko paro) podaljša življenjsko dobo in izboljša odpornost na vremenske vplive.
- Stroški in prilagodljivost obsega: Različni proizvodni obsegi vplivajo na material, sestavne metode ipd. 3D-tiskanje je odlično od prototipa do končnega izdelka.
- Elektromagnetna motnja in RF prepustnost: Nekateri deli morajo biti zaščiteni pred motnjami, drugi pa omogočati prost pretok signalov. Primeren material je Nylon 11 CF Powder.
- Enostavnost sestave in popravila: Ker delujejo na terenu, morajo biti droni enostavni za razstavo, zamenjavo delov, dostop do podatkov ipd. 3D-tiskanje olajša oskrbo po potrebi.
- Prilagodljivost dizajna: Klasični FPV droni uporabljajo laminirane plošče iz ogljikovih vlaken, kar omejuje oblikovno svobodo. Stroškovno učinkovito prilagajanje je možno le, če se večina ključnih delov tiska.
Zaradi teh dejavnikov je SLS tiskanje izjemno primerno za izdelavo dronov, zlasti za manjše in srednje proizvajalce.
Vodnik DIY dron: Kako izdelati dron
Primerjava tehnologij 3D-tiskanja za dron dizajn in izdelavo
FDM (modeliranje s taljenjem filamenta)
Čeprav je 3D-tiskanje FDM idealno za določene vrste dronov – na primer tiste, ki so zasnovani za eksplodiranje pri obrambnih strelskih vajah – pri načrtovanju funkcionalnega drona za končno uporabo, namenjenega prenašanju koristnega tovora in opravljanju naloge, deli FDM običajno niso kos izzivu. Kar zadeva stroške in dostopnost, je s tiskalniki FDM najlažje začeti. Vendar pa ima tehnologija FDM težave pri izdelavi delov, ki zahtevajo tesne tolerance, dosledno dimenzijsko natančnost ter so odporni na udarce, so vzdržljivi in vodotesni. Deli FDM so anizotropni in se pod obremenitvijo lomijo vzdolž plasti.
- Dobro za enostavne drone, npr. za vaje, kjer se uničijo.
- Ni primerno za funkcionalne drone z nosilnostjo.
- Delov ni mogoče natančno izdelati, niso odporni na udarce ali vodotesni.
Najboljši materiali FDM za drone:
| Material | Lastnosti | Uporaba |
| ABS | Odpornost na udarce, vzdržljivost | Ohišja, nastavki, držala |
SLA (stereolitografija)
3D-tiskalniki SLA, kot sta Formlabs Form 4 in Form 4L, so priljubljeni, ker lahko izdelajo zelo natančne dele iz različnih materialov, ki posnemajo večino tradicionalno izdelanih plastik, vse na namiznih tiskalnikih, ki stanejo manj kot 10.000 eurov. Deli SLA so vodotesni in zrakotesni, ker tehnologija SLA ustvarja izotropne dele, ki kažejo enake mehanske lastnosti ne glede na smer, iz katere se izvaja obremenitev. Na voljo je široka paleta materialov, od pravega silikona, kot je Formlabsova smola Silicone 40A, do trpežne smole Tough 1500 s 155-odstotnim raztezkom pri pretrgu za duktilne, dolgotrajne dele (primerljivo z brizganim ABS-om).
- Tiskalniki, kot sta Form 4/4L, izdelajo izredno natančne dele.
- Deli so vodotesni, ker imajo enake mehanske lastnosti v vseh smereh.
- Širok nabor materialov, podobnih klasičnim plastikam.
Najboljši materiali SLA za drone:
| Material | Lastnosti | Uporaba |
| Silicone 40A Resin | Pravi silikon, mehak | Tesnila, distančniki |
| Tough 1500 Resin V2 | Podobno kot PP | Zaskočne povezave, vijaki |
| Tough 2000 Resin | Podobno kot ABS | Držala, nastavki |
| Grey Resin | Natančnost in trdnost | Hitri prototipi |
SLS (selektivno lasersko sintranje)
3D-tiskanje SLS predstavlja najboljšo možnost za končno proizvodnjo okvirjev dronov in drugih komponent. Tehnologija 3D-tiskanja SLS ustvarja trpežne, robustne in zelo natančne dele iz materialov, ki so industrijskim kupcem že znani, kot sta najlon in TPU. Tiskalniki SLS, kot je Fuse 1+ 30W, lahko dosledno zagotavljajo minimalne velikosti elementov do 0,2 mm natančno in ustvarjajo kompleksne, organske oblike brez kakršnih koli podpor, kar olajša naknadno obdelavo in hkrati omogoča nove geometrije. Nenazadnje SLS tehnologija 3D tiska proizvajalcem dronov omogoča, da hkrati natisnejo več modelov in komponente zložijo eno na drugo za učinkovitejše tiskanje in porabo prahu.
- Najboljša izbira za končno proizvodnjo.
- Omogoča trpežne, kompleksne in natančne dele v industrijskih materialih.
- Brez podpor pri tiskanju = manj čiščenja in večja geometrijska svoboda.
- Možnost zlaganja komponent za učinkovit tisk.
Najboljši materiali SLS za drone:
| Material | Lastnosti | Uporaba |
| Nylon 12 Tough | Odpornost na udarce | Ogrodje, rotorji, ohišja |
| Nylon 11 CF | Togost, moč | Rotorji |
| TPU 90A | Mehak, elastičen | Blaženje vibracij |
| Nylon 12 | Univerzalen, trpežen | Držala, ohišja |
Zakaj izbrati Fuse Series SLS tiskalnike?
- Materialna primernost: Nylon 11 CF zagotavlja EMI zaščito; TPU 90A odličen za RF elektroniko.
- Odprta licenca: eksperimentiranje s praški za specialne aplikacije.
- Visoka natančnost: +/- 0,1 mm tolerance.
- Dostopna cena: celoten sistem stane manj kot 60.000 €, zavzame pa malo prostora in energije.
Formlabs SLA smole, kot je Tough 1500 V2 Resin (levo), in SLS praški, kot je Nylon 12 Tough Powder (desno), so bili zasnovani za funkcionalno trdnost in odpornost proti udarcem, zaradi česar so idealni za uporabo v dronih.
Uporaba 3D tiskanih orodij za DIY drone
Ta okvir dirkalnega drona je sestavljen iz ločenih delov, izrezanih iz listov ogljikovih vlaken. Je izjemno lahek in odporen proti udarcem, vendar ga je težko prilagoditi za edinstveno tehnološko zasnovo ali prenašanje tovora.
Številni potrošniški droni uporabljajo ogrodja iz ogljikovih vlaken zaradi njihove izjemne lahkosti in trdnosti. Ti deli so običajno izrezani iz industrijsko izdelanih listov ogljikovih vlaken. Čeprav so takšni okvirji dobra rešitev za domače DIY dronske komplete, so oblikovani tako, da ustrezajo specifičnim tehnološkim sklopom in niso povsem prilagodljivi.
Vendar pa lahko 3D tisk omogoči cenovno dostopno izdelavo DIY drona, tudi če se 3D natisnjeni deli ne uporabljajo za samo ogrodje. Hitro orodje, izdelano s 3D tiskom, je preprost način za izdelavo prilagojenih ogljikovih vlaken v domači delavnici.
Kalupi za proizvodnjo delov iz ogljikovih vlaken so lahko izdelani z različnimi tehnikami, vendar gladka površinska obdelava in obsežna knjižnica materialov stereolitografskih (SLA) smolnih 3D tiskalnikov naredijo te naprave priljubljeno izbiro za izdelavo kalupov v delavnici. SLA deli praktično nimajo slojnih linij ali poroznosti, zato se listi ogljikovih vlaken lahko trdno stisnejo v kalup, ne da bi pri tem nastala teksturirana površina.
Vir: https://formlabs.com/eu/blog/diy-drones-how-to-build-a-drone/