Fabricação de protótipos mecânicos para drones – o que esperar?

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A conquista do céu tem sido uma das maiores batalhas da humanidade desde os tempos antigos. Nossos ancestrais nos alertaram que o céu poderia ser um inimigo perigoso. Vamos relembrar a lenda de Ícaro, um menino que queria tanto voar como um pássaro que seu pai fez para ele asas com penas e cera de pássaros. Ele voou cada vez mais alto até que o sol derreteu a cera e ele caiu para a morte. Podemos aprender duas lições importantes desta história:

1.Sempre construa protótipos mecânicos ou funcionais de sua aeronave e teste-os cuidadosamente.

2.Experimente testá-los sem estar neles. Ou pelo menos pegue um pára-quedas.

Felizmente, a fabricação moderna e a tecnologia aeroespacial nos permitem fazer as duas coisas. Podemos controlar nossos protótipos de aeronaves remotamente e criar protótipos em pouco tempo.

O que são drones?

Os drones se tornaram as aeronaves amadoras definitivas. São leves, pequenos, fáceis de pilotar e você mesmo pode fazer, o que atrai muita gente que gosta de mexer em mecanismos. No entanto, os drones existiam muito antes. A primeira menção deles remonta à década de 1920.

As primeiras tentativas de construir drones não tiveram sucesso. Houve muitos inventores individuais que conseguiram construir protótipos de helicópteros com motores de 4 a 6 rotores. Estas aeronaves eram demasiado instáveis, fora de sincronia e colocavam demasiada pressão sobre o piloto, pelo que o seu desenvolvimento foi largamente abandonado até recentemente.

Com os desenvolvimentos modernos na aviação e na eletrónica, as dificuldades técnicas anteriores com as funções dos drones foram largamente ultrapassadas. Os drones ficaram não tripulados porque o único problema que restou foi o piloto. No entanto, um piloto não é mais necessário. Você pode simplesmente equipá-lo com uma câmera e usar um controle remoto. A eletrônica moderna torna o design deste veículo muito fácil, por isso muitas pessoas constroem drones como hobby ou os compram para fazer ótimos filmes ou arte, entregar coisas ou até mesmo espionar os vizinhos, quem sabe. Existe até a história de um homem que decidiu imortalizar seu gato transformando-o em um quadricóptero.

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Em que consiste um drone?

Um drone típico possui os seguintes elementos que determinam sua funcionalidade:

  1. Quadro. Esta é a parte principal e a mais importante. Ele mantém todos os objetos funcionais unidos, determina a resistência geral da estrutura e influencia as propriedades aeronáuticas do dispositivo. Falarei principalmente sobre esta peça porque é praticamente a única que você precisará projetar e fabricar sozinho ou com a ajuda de uma oficina de prototipagem (o que é altamente recomendado se você não tiver formação técnica, pois é mais barato e mais rápido, pois os fabricantes de protótipos criam uma moldura de alta qualidade, escolhem melhor os materiais e aconselham no design).
  2. Motores. Dependendo de quantos helicópteros você precisa, você pode precisar de 4 a 8 motores. O motor determina a velocidade de rotação das pás do rotor do drone e, portanto, sua capacidade de desempenho. Existem muitos fabricantes de motores que oferecem soluções acessíveis e confiáveis.
  3. Controle eletrônico de velocidade. Estes são os dispositivos que sincronizam as suas hélices e evitam que o seu drone enlouqueça. Eles também são muito baratos e fáceis de encontrar.
  4. Hélice. Estas são as principais partes móveis da hélice. Suas folhas têm uma geometria complexa e seu tamanho e formato dependem do peso e tamanho da moldura, portanto provavelmente você terá que encomendá-las junto com a moldura.
  5. Baterias, conexões e controles. Algumas peças eletrônicas menores são necessárias para operações secundárias. Por exemplo, conexões, baterias e um receptor com controle remoto para pilotar o drone. Você provavelmente também precisará de uma câmera, pois pilotar o drone sem câmera é como andar com apenas uma perna.

Como você pode ver, a indústria moderna oferece muitas soluções prontas para a fabricação de drones. Como fabricar dispositivos eletrônicos é um projeto complexo e caro por si só, aconselho você a comprar apenas as peças que possui, seja você um hobby ou queira vender as coisas. À medida que suas vendas aumentam, você pode pensar em fazer seus próprios circuitos. Isso nos deixa com duas partes principais feitas sob medida e essenciais para o desempenho do drone. Claro, você precisará fazer alguns conectores e caixas de bateria adicionais. No entanto, o seu design não é um problema e pode ser produzido rapidamente através da impressão 3D.

Como criar molduras personalizadas para drones

Portanto, as armações são realmente importantes para a estabilidade e estrutura geral do drone. À medida que você aprende a pilotar sua aeronave, certamente esbarrará em coisas e danificará a estrutura, por isso também deve ser fácil de substituir ou reparar.

Atualmente, existem vários designs possíveis de estruturas de drones, dependendo do número de hélices desejadas. Quanto mais hélices, mais estável é o drone, mas também mais pesado. Os parâmetros mais importantes são rigidez e peso. Por esta razão, os seguintes materiais são mais amplamente utilizados:

1.Madeira.O material mais barato, mais fácil de processar e pode ser moldado em uma moldura usando as ferramentas mais simples. A ótica e a confiabilidade desse drone não são altas. Embora seja fácil de substituir, é preciso estar preparado para que ele quebre ao menor impacto. Basicamente, é uma boa escolha para amadores. A moldura geralmente é usinada em torno ou com uma ferramenta mais simples e depois colada.

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2.Plástico.É a escolha mais óbvia. Muitos polímeros são leves, possuem alta resistência à tração e – o melhor de tudo – podem ser processados ​​rapidamente usando tecnologias modernas. Por exemplo, molduras de plástico podem ser fabricadas usando técnicas de impressão 3D ou prototipagem de fundição de uretano. Isso o torna uma escolha realmente boa para a criação de protótipos de modelos comerciais de drones. Você pode facilmente fazer um pequeno lote, montá-lo e fazer testes usando técnicas de RP. E quando estiver pronto, peça um molde de injeção.

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3.Alumínio. Você deve escolher este material para criar os sistemas mais duráveis ​​e estáveis ​​que possam suportar muito estresse. É também o material mais pesado. Normalmente, essa estrutura é fresada em CNC. Você deve usar molduras de alumínio se estiver construindo apenas drones industriais profissionais. Ou se você já fez testes e aprovou o design e deseja que seu drone tenha uma ótima aparência e brilho.

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Vamos construir hélices

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As hélices são as partes mais complexas do design de drones. Na verdade, você precisa calcular sua geometria dependendo do peso do seu drone para atingir o impulso necessário. Felizmente, existem muitos serviços para ajudá-lo com isso. Se a geometria parecer muito complexa para você, você sempre pode encomendar as pás em uma oficina de prototipagem onde engenheiros competentes projetam, calculam e fabricam as hélices perfeitas.

Portanto, o diâmetro é obviamente importante. Quanto maiores as pás, mais ar a hélice pode bombear. No entanto, você deve observar que as hélices devem estar sincronizadas para que não colidam umas com as outras. Portanto, a manobrabilidade é pior com hélices maiores. Você deve escolher o que melhor lhe convier: uma carga maior de drone ou melhor manobrabilidade.

O ângulo de ataque é outra característica importante da pá do rotor. Essencialmente indica em que ângulo a hélice atinge o ar e o desvia. Quanto maior o ângulo de ataque, mais eficiente é a pá do rotor, mas também é necessário um motor maior porque as forças do vento são maiores. Para hélices de passo constante, o ângulo de ataque diminui próximo ao centro. Contudo, quando o ângulo de ataque muda, a geometria da hélice torna-se demasiado complexa.

As pás da hélice são geralmente fabricadas por impressão 3D ou fundidas com moldes de silicone como molduras de plástico, pois esses métodos são os mais eficientes para obter geometrias complexas com baixo custo e em pouco tempo. As lâminas são então retrabalhadas porque um bom acabamento superficial reduz as vibrações do drone durante o vôo.

Você também deve se lembrar de equilibrar as hélices. Isso é fácil. Você pode fazer isso com um lápis e uma faca. Basta prender a lâmina a um lápis horizontal. A hélice provavelmente girará em seu eixo. Então corte um pouquinho da raiz da lâmina, que geralmente fica na parte inferior do lápis. Repita até que a lâmina pare de girar ao fixá-la no lápis.

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