Novosti

Industrijski 3D print omogućuje brži razvoj, lakše konstrukcije i fleksibilniju proizvodnju dijelova za bespilotne letjelice. Saznajte kako se aditivna proizvodnja koristi za izradu fiksnokrilnih dronova, koje se komponente mogu proizvoditi 3D printom, koji su materijali prikladni i kako odabrati odgovarajuću tehnologiju za primjene u zrakoplovnoj i obrambenoj industriji.

Bespilotne letjelice (UAV – Unmanned Aerial Vehicles) sve se češće koriste u obrambenoj industriji, zrakoplovstvu i komercijalnim djelatnostima. Njihov razvoj zahtijeva konstrukcije koje su istovremeno lagane, čvrste i prilagođene specifičnim zahtjevima primjene. Uz to, proizvođači moraju skratiti razvojne cikluse, brzo prilagođavati dizajn i osigurati pouzdanu proizvodnju.

Industrijski 3D print, odnosno aditivna proizvodnja, pruža nove mogućnosti za ispunjavanje tih zahtjeva. Umjesto oslanjanja isključivo na konvencionalne proizvodne postupke, proizvođači mogu izrađivati funkcionalne komponente izravno iz digitalnih modela, bez potrebe za izradom posebnih alata i kalupa za svaki novi dizajn.

U ovom vodiču objašnjavamo kako se 3D print koristi u proizvodnji fiksnokrilnih dronova, koje prednosti donosi, koji su materijali i tehnologije dostupni te što je potrebno uzeti u obzir pri projektiranju i validaciji 3D printanih komponenti.

Što je 3D printani dron s fiksnim krilima?

3D printani dron s fiksnim krilima bespilotna je letjelica kod koje se pojedine konstrukcijske i funkcionalne komponente izrađuju aditivnom proizvodnjom. Za razliku od multirotorskih dronova, koji se oslanjaju na rotore za stvaranje uzgona, fiksnokrilne letjelice koriste aerodinamički uzgon koji nastaje strujanjem zraka preko krila.

Takva konstrukcija omogućuje učinkovitiji let prema naprijed, dulje vrijeme leta i veći dolet u usporedbi s mnogim multirotorskim sustavima.

Primjenom industrijskog 3D printa proizvođači mogu razvijati lagane konstrukcije prilagođene konkretnim zahtjevima, od komercijalnih bespilotnih letjelica do sustava namijenjenih zrakoplovnim i obrambenim primjenama.

Nije potrebno da cijeli dron bude izrađen 3D printom. U praksi se često kombiniraju 3D printane termoplastične komponente, kompozitni elementi, strojno obrađeni dijelovi, elektronika i standardni spojni elementi. Takav pristup omogućuje optimizaciju mase, čvrstoće i proizvodnih troškova.

Koji se dijelovi drona mogu izraditi 3D printom?

Ovisno o konstrukciji, zahtjevima primjene i odabranoj tehnologiji, aditivna proizvodnja može se koristiti za izradu:

• Trupa i dijelova konstrukcije: segmenti trupa, strukture krila, rebra i unutarnji nosači.
• Aerodinamičkih elemenata: upravljačke površine i zakrilca.
• Kućišta i zaštitnih komponenti: kućišta avionike, baterija, antena i kamera.
• Nosača i priključnih elemenata: nosači tereta, senzora i pogonskog sustava te električni konektori.
• Funkcionalnih dijelova: kanali za hlađenje, vodilice za kabele, držači i elementi za pričvršćivanje instalacija.
• Sustava za gorivo i filtraciju: spremnici goriva i kućišta filtara, kada materijal i postupak zadovoljavaju zahtjeve primjene.
• Proizvodnih pomagala: montažni alati, naprave za pozicioniranje i alati za polaganje kompozita.

Najveća vrijednost 3D printa postiže se kada se tehnologija primjenjuje na dijelove kod kojih su važni mala masa, složena geometrija, brza prilagodba konstrukcije ili proizvodnja manjih serija.

Zašto koristiti industrijski 3D print za proizvodnju dronova?

1. Brži razvoj i testiranje novih konstrukcija

Razvoj bespilotnih letjelica često uključuje promjene konstrukcije, sustava za komunikaciju, baterija, senzora i korisnog tereta. Kod konvencionalne proizvodnje promjena dizajna može zahtijevati izradu novih alata, kalupa ili naprava.

S industrijskim 3D printom inženjeri mogu prilagoditi CAD model i izraditi novu komponentu bez čekanja na izradu posebnog alata. Tako se lakše uspoređuju različita konstrukcijska rješenja, provode funkcionalna ispitivanja i skraćuje vrijeme od početnog koncepta do testiranja.

Dobar primjer je projekt tvrtki Stratasys i Aurora Flight Sciences, u kojem su projektirani, izrađeni i testirani bespilotni zrakoplov s mlaznim pogonom i fiksnim krilima. Prema objavljenom prikazu projekta, 3D printane komponente činile su približno 80 % mase konstrukcije, a vrijeme izrade letjelice bilo je upola kraće u usporedbi s konvencionalnim postupkom.

2. Manja potreba za alatima i kalupima

Izrada alata za konvencionalnu proizvodnju može predstavljati znatno početno ulaganje, osobito kada se konstrukcija često mijenja ili se proizvode male serije.

Industrijski 3D print omogućuje izradu prototipova, funkcionalnih dijelova, proizvodnih pomagala i određenih dijelova za krajnju primjenu izravno iz digitalnih datoteka.

Osim komponenti samog drona, 3D printom mogu se proizvoditi alati za polaganje kompozita, vodilice za bušenje, montažne naprave i drugi elementi koji podupiru konvencionalne proizvodne procese.

3. Optimizacija mase i konstrukcije

Kod bespilotnih letjelica svaki gram može biti važan. Aditivna proizvodnja omogućuje projektiranje geometrije prilagođene opterećenjima umjesto jednostavnog kopiranja dijelova izvorno projektiranih za strojnu obradu.

Primjenom optimiziranih debljina stijenki, unutarnjih rebara i rešetkastih struktura moguće je smanjiti masu, a pritom zadržati potrebnu krutost i mehaničke karakteristike.

Dodatna prednost je objedinjavanje više dijelova u jednu komponentu. Primjerice, kanali za kabele, elementi za pričvršćivanje i kanali za hlađenje mogu se integrirati u isto kućište ili konstrukcijski element. Time se smanjuje broj spojnih elemenata i pojednostavljuje montaža.

4. Fleksibilnija proizvodnja i opskrba rezervnim dijelovima

Digitalna proizvodnja smanjuje ovisnost o zalihama gotovih dijelova i dugim lancima opskrbe. Umjesto skladištenja velikih količina rezervnih komponenti, proizvođači mogu čuvati odobrene digitalne modele i proizvoditi dijelove prema potrebi.

Takav pristup može skratiti rokove isporuke, smanjiti troškove skladištenja i olakšati održavanje sustava čije se konfiguracije s vremenom mijenjaju.

Za proizvođače u zrakoplovnoj i obrambenoj industriji pritom su važni i sljedivost materijala, kontrola proizvodnog procesa te dokumentiranje i odobravanje dijelova prije njihove uporabe.

5. Jednostavnije prilagođavanje proizvodnih kapaciteta

Industrijski 3D print može se primjenjivati u različitim fazama životnog ciklusa proizvoda: od prvih konceptualnih modela i funkcionalnih prototipova do proizvodnih alata i određenih dijelova za krajnju primjenu.

Kada se potražnja poveća, proizvodni kapaciteti mogu se proširiti dodavanjem kvalificiranih 3D printera ili kombiniranjem više aditivnih tehnologija.

Fiksnokrilni dronovi i multirotori: koja je razlika?

Obje kategorije pripadaju bespilotnim letjelicama, ali imaju različite konstrukcijske karakteristike i namjene.

Fiksnokrilni dronovi koriste uzgon koji nastaje strujanjem zraka preko krila. Zbog učinkovitosti tijekom leta prema naprijed prikladni su za misije koje zahtijevaju dulje vrijeme leta, veći dolet ili pokrivanje velikih površina.

Multirotorski dronovi koriste više rotora za stvaranje uzgona. Mogu lebdjeti, okomito uzlijetati i slijetati te precizno manevrirati u ograničenom prostoru.

Fiksnokrilne bespilotne letjelice koriste se, među ostalim, za:

• izviđanje i nadzor u obrambenim primjenama
• nadzor granica
• pregled infrastrukture
• kartiranje poljoprivrednih površina
• praćenje okoliša
• geodetska mjerenja i snimanje terena
• komunikacijsko povezivanje udaljenih područja.

Razlike u konstrukciji utječu i na način projektiranja 3D printanih dijelova. Krila moraju podnositi savijanje i torzijska opterećenja, dok se sile u području korijena krila prenose na trup. Opterećenja nastaju i pri slijetanju, a važni su i način pričvršćivanja pogonskog sustava te nosača korisnog tereta.

Zbog toga odabir materijala, orijentacija dijela tijekom 3D printa, unutarnja ojačanja i način sastavljanja moraju odgovarati stvarnim zahtjevima primjene.

Kada je 3D print pravi izbor za proizvodnju dronova?

Industrijski 3D print nije zamjena za svaki proizvodni postupak. Najviše koristi donosi kada su fleksibilnost, složenost geometrije i brzina razvoja važniji od ekonomičnosti namjenskih alata za proizvodnju velikih serija.

Aditivnu proizvodnju vrijedi razmotriti kada:

• konstrukcija drona još se razvija i često mijenja
• proizvode se male ili srednje serije
• ulaganje u kalupe i posebne alate nije opravdano
• potrebne su lagane konstrukcije
• dijelovi imaju složenu unutarnju geometriju
• ista platforma mora podržavati više konfiguracija
• rezervne dijelove treba proizvoditi prema potrebi
• potrebno je brzo prijeći od prototipa do proizvodnje.

Za jednostavne komponente koje se proizvode u velikim količinama konvencionalne metode mogu i dalje imati nižu cijenu po komadu. U mnogim je slučajevima najbolje rješenje kombinirati 3D print s kompozitnim materijalima, strojnom obradom i drugim proizvodnim postupcima.

Projektiranje za aditivnu proizvodnju (DfAM)

Projektiranje za aditivnu proizvodnju, poznato pod kraticom DfAM (Design for Additive Manufacturing), podrazumijeva prilagodbu konstrukcije mogućnostima 3D printa.

Umjesto da se konvencionalno proizvedeni dio samo preslika u digitalni model i ispiše, inženjeri mogu iskoristiti slobodu oblikovanja koju pruža aditivna proizvodnja.

Smanjenje broja komponenti

Nosači, kanali, elementi za pričvršćivanje i konstrukcijska ojačanja mogu se objediniti u manji broj dijelova. Time se pojednostavljuje montaža, smanjuje broj spojnih elemenata i potencijalnih mjesta otkaza te olakšava upravljanje zalihama.

Integracija funkcionalnih elemenata

U konstrukciju se mogu izravno uključiti:

• kanali za električne instalacije
• kanali za hlađenje
• prihvati za korisni teret
• elementi za precizno pozicioniranje
• mjesta za ugradnju spojnih elemenata
• nosači senzora.

Integracija tih elemenata može smanjiti broj naknadnih operacija i pojednostaviti proizvodnju.

Ojačavanje područja izloženih opterećenju

Nisu svi dijelovi letjelice jednako opterećeni. Korijen krila, spojevi sa stajnim trapom, nosači pogonskog sustava i prihvati korisnog tereta mogu zahtijevati dodatna ojačanja. Ovisno o konstrukciji, ona se mogu postići povećanjem debljine stijenki, dodavanjem rebara ili ugradnjom metalnih i kompozitnih elemenata.

Projektiranje za održavanje i servisiranje

Smanjenje broja dijelova ne smije otežati pregled, popravak ili zamjenu komponenti. Dijelovi koji zahtijevaju redovitu kontrolu trebaju ostati dostupni, a konstrukcija mora uzeti u obzir zahtjeve održavanja tijekom cijelog životnog vijeka letjelice.

Optimizacija unutarnje geometrije

Rešetkaste strukture, unutarnja rebra i prilagođene debljine stijenki omogućuju raspodjelu materijala prema potrebama konstrukcije. Cilj je postići odgovarajući omjer mase, krutosti i čvrstoće, uzimajući u obzir smjer djelovanja opterećenja i karakteristike odabranog materijala.

Koji su materijali najbolji za 3D print dronova?

Odabir materijala ovisi o mehaničkim opterećenjima, temperaturi, izloženosti UV zračenju i vlazi, ciljanoj masi, zahtjevima okoline te potrebnoj razini kvalifikacije komponente.

Ne postoji jedan materijal koji je najbolji za sve dijelove bespilotne letjelice. Različite komponente zahtijevaju različite kombinacije čvrstoće, krutosti, žilavosti, otpornosti na udarce i dimenzijske stabilnosti.

Materijal	Tehnologija	Glavne karakteristike	Primjeri primjene
ULTEM™ 9085	FDM	Omjer čvrstoće i mase, otpornost na povišene temperature te svojstva u pogledu plamena, dima i toksičnosti	Konstrukcijski nosači, kanali i kućišta
FDM Nylon 12	FDM	Žilavost, otpornost na trošenje i zamor materijala	Kopče, konektori i kućišta sa spojnicama
FDM Nylon 12CF™	FDM	Povećana krutost i povoljan omjer krutosti i mase	Kruti nosači, ojačanja i montažne naprave
Polikarbonat (PC)	FDM	Otpornost na udarce i povišene temperature	Robusna kućišta, funkcionalni prototipovi i alati
ABS	FDM	Praktičan materijal za funkcionalne prototipove i proizvodna pomagala	Dijelovi za provjeru uklapanja, šablone i montažne naprave
ASA	FDM	Poboljšana otpornost na UV zračenje i vanjske uvjete	Vanjski pokrovi, kućišta senzora i prototipovi konstrukcije
High Yield PA11	SAF	Duktilnost i otpornost na udarce	Kopče, dijelovi sa spojnicama i zaštitna kućišta
PA12	SAF	Veća krutost u odnosu na PA11	Kruta kućišta, pokrovi i nosači

Ovi materijali predstavljaju polazište za odabir, a ne univerzalnu preporuku za svaki dio drona. Konačnu odluku treba temeljiti na opterećenjima, uvjetima rada, odabranom procesu proizvodnje i rezultatima ispitivanja gotove komponente.

Kako izgleda proizvodnja 3D printanih dijelova za dronove?

Uspješna proizvodnja funkcionalnih komponenti uključuje više od samog ispisa. Potrebno je uskladiti konstrukciju, materijal, parametre procesa, naknadnu obradu i kontrolu kvalitete.

1. Odabir tehnologije i materijala

Prvi korak je definiranje zahtjeva za komponentu: dimenzije, masa, mehanička opterećenja, temperatura i uvjeti okoliša. Na temelju toga odabiru se odgovarajući materijal i tehnologija 3D printa. Ovisno o zahtjevima, za proizvodnju dijelova dronova mogu se koristiti FDM tehnologija za izradu termoplastičnih komponenti, SAF za funkcionalne polimerne dijelove i serijsku proizvodnju te SLA za precizne prototipove i modele.

2. Priprema digitalnog modela

Prije proizvodnje potrebno je definirati orijentaciju dijela, potporne strukture, podjelu većih komponenti na segmente, elemente za sastavljanje i parametre ispisa. Pravilna priprema može poboljšati dimenzijsku točnost i smanjiti potrebu za naknadnom obradom.

3. Optimizacija orijentacije tijekom ispisa

Orijentacija dijela utječe na mehanička svojstva, kvalitetu površine, količinu potpornog materijala, vrijeme izrade i prianjanje slojeva. Kod konstrukcijskih dijelova posebno je važno uskladiti orijentaciju s glavnim smjerovima opterećenja, uz istovremeno razmatranje učinkovitosti proizvodnje.

4. Izrada većih dijelova u segmentima

Ako su krila ili trup veći od radnog volumena 3D printera, konstrukcija se može podijeliti na više segmenata. Oni se zatim spajaju pomoću elemenata za poravnanje, lijepljenih spojeva ili integriranih konstrukcijskih nosača. Takav pristup omogućuje proizvodnju većih sklopova, ali zahtijeva pažljivo projektiranje spojeva i provjeru njihove čvrstoće.

5. Naknadna obrada i sastavljanje

Nakon ispisa mogu biti potrebni uklanjanje potpornih struktura, brušenje, brtvljenje, bojanje, lijepljenje, strojna obrada i ugradnja standardnih elemenata. Ta naknadna obrada utječe na konačne dimenzije, kvalitetu površine, otpornost na okoliš i uklapanje dijelova u sklop.

6. Ispitivanje i validacija

Prije uporabe potrebno je provjeriti odgovara li komponenta zahtjevima predviđene primjene. Ovisno o rizicima i namjeni, ispitivanja mogu obuhvaćati savijanje krila, torzijska opterećenja, zamor materijala, udarce pri slijetanju, vibracije te vlačnu i tlačnu čvrstoću. Važni su i kontrola dimenzija, dokumentiranje proizvodnje, sljedivost materijala, vizualni pregled i kontrola prvog komada.

Ovisno o uvjetima rada, potrebno je provjeriti i otpornost na UV zračenje, vlagu, temperaturne promjene, kemikalije, prašinu i sol. Zahtjevi validacije razlikuju se ovisno o tome koristi li se bespilotna letjelica u komercijalne, zrakoplovne ili obrambene svrhe.

Mogu li 3D printani dijelovi zadovoljiti zahtjeve za bespilotne letjelice?

Da. Pravilno projektirane i validirane 3D printane komponente mogu zadovoljiti zahtjeve određenih primjena u proizvodnji bespilotnih letjelica. Međutim, njihova prikladnost ovisi o konstrukciji, materijalu, tehnologiji proizvodnje i radnim uvjetima.

Industrijski 3D print danas nije ograničen na brzu izradu prototipova. Koristi se i za proizvodne alate, funkcionalne konstrukcijske dijelove i komponente za krajnju primjenu u zrakoplovnoj i obrambenoj industriji.

Za proizvođače dronova prednosti mogu uključivati brže izmjene dizajna, manja početna ulaganja u alate, optimizaciju mase, digitalno upravljanje zalihama i proizvodnju rezervnih dijelova prema potrebi.

Ipak, 3D print nije automatski najbolji izbor za svaki dio. Pri odluci treba uzeti u obzir ukupne troškove proizvodnje, uključujući materijal, vrijeme izrade, naknadnu obradu, kontrolu kvalitete i sastavljanje. Zahtjevi za kvalifikaciju i validaciju moraju odgovarati predviđenoj uporabi komponente.

U mnogim je slučajevima najučinkovitije rješenje kombinirati aditivnu proizvodnju s kompozitima, strojno obrađenim dijelovima i konvencionalnim spojnim elementima.

Industrijski 3D print za razvoj i proizvodnju dronova

Ako razvijate bespilotne letjelice ili proizvodite komponente za zrakoplovnu i obrambenu industriju, industrijski 3D print može značajno proširiti mogućnosti konstrukcije, testiranja i proizvodnje. Osim što omogućuje bržu izradu prototipova, olakšava i prilagodbu dizajna te proizvodnju funkcionalnih dijelova složene geometrije.

Upravo zato vrijedi istražiti koje aditivne tehnologije najbolje odgovaraju vašim potrebama. IZIT, partner tvrtke Stratasys za industrijski 3D print u regiji, pomaže tvrtkama pronaći odgovarajuća rješenja, od FDM i SAF tehnologija do materijala za funkcionalne polimerne dijelove, prototipove i proizvodna pomagala.

Zanima vas kako primijeniti 3D print u proizvodnji dronova ili pronaći odgovarajući materijal za svoju primjenu? Bez obzira na to razvijate li novi proizvod ili želite unaprijediti postojeći proizvodni proces, naš tim može vam pomoći istražiti dostupne mogućnosti.

Javite nam se i razgovarajmo o tome kako industrijski 3D print može pomoći u razvoju vašeg projekta.