Design ed analisi di un drone quadrirotore stampato in 3d

I velivoli senza pilota (UAV), noti anche come droni , sono abbastanza agili e resilienti da essere pilotati e monitorati da distanze remote. Con quattro dimensioni di volo e sei gradi di libertà per beccheggio, rollio, spazio e imbardata, i droni possono essere utilizzati per un’ampia varietà di applicazioni, come l’ agricoltura , la documentazione di informazioni 3D su siti archeologici storici, fotografia , militare e difesa, agendo come primi soccorritori durante i disastri naturali e le operazioni di soccorso e la stampa 3D .

I droni multirotore hanno più ali fisse e hanno un alto livello di manovrabilità e sono ulteriormente classificati in base a fattori quali posizione, orientamento e numero di rotori. Una coppia di ricercatori dell’Università di Bridgeport ha recentemente pubblicato un articolo intitolato ” Design and Analysis of 3D Printed Quadrotor Frame “, che dettaglia il loro lavoro usando la stampa 3D per creare la cornice per un drone quadrotor.

L’abstract dice: “Questa ricerca enfatizza maggiormente la stampa 3D di un quadrante con cornice a forma di” X “. Abbiamo creato un modello CAD di frame drone utilizzando SOLIDWORKS, seguito da ciò; abbiamo eseguito tre tipi di analisi finite 1. Struttura statica, 2. Analisi dell’impatto e 3. Analisi modale. Il telaio del drone viene simulato e analizzato in varie condizioni al contorno come sollevamento, resistenza e spinta fino ai risultati ottimizzati di spostamento minimo, un fattore di sicurezza è raggiunto. Abbiamo stampato la cornice del drone sulla stampante 3D PRUSA I3 Mk3 usando ABS-PC e materiali in fibra di vetro come il filamento “.

I ricercatori hanno progettato un modello CAD del loro drone con cornice X in SOLIDWORKS utilizzando diversi vincoli, tra cui:

lunghezza dell’elica, che determina la lunghezza di un braccio
diametro del rotore del motore e larghezza del regolatore elettronico della velocità, che contribuiscono a determinare la larghezza del braccio di un drone

Hanno progettato le braccia del drone per tradurre la forza lontano dalla fusoliera, il che aiuta i componenti elettronici a mantenere un danno minimo se il drone ha un incidente o fallisce. La fusoliera di un drone è “l’occhio” dei suoi componenti elettronici, come il ricevitore, la scheda di distribuzione dell’alimentazione e il controller di volo, e il duo ha progettato un alloggiamento per proteggere i componenti della fusoliera in caso di incidente.

Le dimensioni del loro telaio drone, che è stato stampato in 3D su una stampante 3D PRUSA I3 Mk3 in fibra di carbonio e ABS-PC, sono 175.14 x 171.42 x 48.75 x 226 mm.

I ricercatori hanno spiegato: “Per eseguire l’analisi FE, vengono determinate le forze che agiscono su un frame, che sono 1. Il peso del telaio e tutti i componenti elettronici su di esso normali al suolo, 2. La direzione della forza di sollevamento è il risultante tra la spinta e decollo verticale, verso la direzione del movimento, 3. Spinta generata dall’elica e dal motore verso la direzione del movimento e 4. Trascinare la forza che agisce nella direzione opposta del movimento. “

I ricercatori hanno calcolato e applicato manualmente le forze che agiscono sul fotogramma stampato 3D durante la simulazione, ottenendo tre grafici: sollecitazione, spostamento e deformazione della deformazione di Von Mises. Sono stati in grado di eseguire una sequenza di cicli in SOLIDWORKS in cui è caduto il drone e hanno ottenuto risultati di simulazione compilando tutti i dati raccolti. Inoltre, hanno anche completato un’analisi strutturale statica – un fenomeno chiamato plasticità – considerando un’analisi non lineare basata sui materiali utilizzati per realizzare il frame e il tasso di deformazione, e completato un’analisi modale del frame stampato in 3D per misurare l’eccitazione dinamica causata dai motori vibranti.

“Si ottiene un telaio quadrotore stampato in 3D con fattore di sicurezza 2.5 e varie analisi degli elementi finiti eseguite sul telaio vengono citate distintamente e riportate nelle figure. Inoltre, possiamo stampare in 3D una sospensione cardanica a 3 assi e collegarla al nostro quadricottero per la fotografia aerea. Inoltre, possiamo aggiornarli collegando alcuni sensori di imaging termico e sensori di gas per misurare la radiazione e l’inquinamento atmosferico ad alcune altezze “, hanno concluso i ricercatori. “Questo dimostra il vantaggio principale dei quadricotteri stampati in 3D e li rende distinti dai droni pronti per il mercato. Possiamo personalizzarli per farli funzionare in qualsiasi ambiente semplicemente cambiando i filamenti di stampa. “

I coautori del documento sono Sai Mallikarjun Parandha e Zheng Li.

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