Drony na míru

Materiály a výroba 9 min čtení

Co se na dronu dá vytisknout — a co raději ne

Které díly dronu se dají vytisknout bez obav, u kterých rozhoduje konstrukce a které bez výpočtu a testu nepřijímáme. Rozdělení podle zatížení, tepla a prostředí.

Miroslav Jaroš · odborná kontrola: ITHOPE

Rozložené tištěné díly dronu na dílenském stole vedle rámu — kryty elektroniky, držáky a podvozek.

tisknout se dá skoro každý díl, který nenese let a netočí se. Kryty elektroniky, držáky kamery, GPS a antén, kapotáže, chrániče a uchycení kabeláže jsou pro tisk přirozená volba. U podvozků, uchycení payloadu a ramen rozhoduje konstrukce, ne materiál — a vrtule, části řízení a vysoce zatížená ramena bez výpočtu a testu vyrobit nenabízíme. Není to opatrnictví: u rotujícího dílu se chyba neprojeví jako vůle, ale jako úlomek letící několik set kilometrů za hodinu.

Otázka „dá se to vytisknout?” se skoro vždycky ptá na špatnou věc. Vytisknout jde totiž téměř cokoli — tiskárna model nezhodnotí, prostě ho postaví. Otázka, která rozhoduje, zní: co se stane, když ten díl praskne za letu? Podle odpovědi se díl zařadí do jedné ze tří škatulek a teprve pak má smysl řešit materiál, technologii a cenu.

Tři otázky, které rozhodují dřív než materiál

Než se u nás díl dostane k volbě materiálu, projde třemi otázkami. Zvládnete si je položit sami a ušetří vám to jedno kolo dohadování.

  1. Nese let? Drží díl motor, rameno, těžiště nebo spojení, na kterém závisí letová způsobilost? Pak je to nosný díl a platí pro něj úplně jiná pravidla než pro kryt.
  2. Točí se to, nebo je to v cestě něčemu točivému? Vrtule, unašeče a cokoli, co běží na provozních otáčkách, je samostatná kategorie. Díl, který se sám netočí, ale sedí v rovině vrtulí, je zase kandidát na obětní chránič.
  3. Co na díl působí? Teplota u regulátorů a videovysílače, UV záření, vlhkost, prach, vibrace, rázy při přistání. Materiál, který sedí v hangáru, může na střeše po jedné sezoně zežloutnout a zkřehnout.

Teprve když je jasné tohle, má smysl řešit, jestli PETG, ASA, technický polymer nebo úplně jiná technologie. Volba materiálu je samostatná úloha — tenhle článek řeší krok před ní: jestli vůbec tisknout.

Tabulka: co na dron tisknout a co ne

DílTisknout?Proč
Kryt elektroniky (řídicí jednotka, přijímač, videovysílač)AnoNenese let, geometrie je pokaždé jiná. Hlídá se jen teplo a vůle pro konektory.
Držák kamery, GPS, antényAnoPřesně tady má tisk největší smysl — tvar na míru rámu i optice, malé zatížení.
Kapotáž, aerodynamický kryt, víkoAnoNenosný díl, rozhoduje hmotnost a přesnost dosedacích ploch.
Chránič vrtulí, nárazník, obětní rohAnoMá se zdeformovat nebo prasknout dřív než to, co chrání. Vhodná úloha pro pružný materiál.
Držák baterie, vedení a příchytky kabelážeAnoNízké zatížení, velká úspora času proti improvizaci se stahovacími páskami.
Podvozek a přistávací nohyJen s rozmyslemRázové zatížení při každém dosednutí. Rozhoduje orientace vrstev a to, jestli má díl selhat řízeně.
Uchycení payloadu, rychloupínák, gimbal držákJen s rozmyslemNese cizí hmotu ve vzduchu. Potřebuje vložky, šrouby a kontrolu, co se stane při utržení.
Zástavba v proudu horkého vzduchu (u regulátorů, motorů)Jen s rozmyslemMateriál musí snést provozní teplotu, ne pokojovou. PLA tady nemá co dělat.
Rameno, hlavní nosný rámJen s rozmyslem — často jinou technologiíNosný prvek pod vibracemi a únavou. Tisk je výborný na prototyp, finální díl bývá karbon nebo obrábění.
VrtuleNeVysoké otáčky a nároky na vyvážení. U komerčně vyráběných vrtulí zůstáváme.
Části řízení, uchycení motoru pod plným tahem, vysoce zatížená ramenaNe bez výpočtu a testuSelhání znamená ztrátu kontroly nad strojem, ne poškrábaný kryt.

Tabulka je rozcestník, ne verdikt. „Jen s rozmyslem” znamená, že díl jde vyrobit dobře — ale ne tak, že se dodaný soubor pošle na tiskárnu bez otázek.

Proč u tištěného dílu rozhoduje směr vrstev

Vytištěný plastový díl není homogenní kus materiálu. Vzniká po vrstvách a podle toho se i chová. ČVUT to ve svém přehledu technologičnosti konstrukce shrnuje přímo: většina tištěných objektů má rozdílné vlastnosti v různých směrech a je výrazně náchylnější k poškození při zatížení ve směru stavby objektu, tedy v ose Z. Zatížení se proto má vést raději v rovině vrstev.

V praxi to znamená, že dva naprosto identické soubory vytištěné v různé orientaci dají dva různě únosné díly. Držák, který se v jedné poloze ohne, se v druhé odloupne po vrstvě — a to bez varování. Proto u nás orientace tisku není nastavení slicerů, ale součást návrhu: rozmyslí se, kudy jde síla, a díl se podle toho postaví.

Z toho také plyne, proč nemá smysl porovnávat tištěný díl s údaji z materiálového listu. List popisuje surovinu za definovaných podmínek. Váš díl je konkrétní geometrie, konkrétní orientace a konkrétní tisk. Čísla z listu o něm neříkají nic — a proto se u nás v článcích ani v nabídkách neobjevují jako příslib.

Teplo, UV a vlhkost: co díl zabije po měsíci, ne hned

Nejčastější zklamání z tištěného dílu nepřijde při montáži, ale po sezoně. Díl vypadal skvěle, seděl, držel — a pak se pod sluncem zkroutil nebo u regulátorů změkl.

  • Teplo. Kryt, který sedí nad regulátory otáček nebo videovysílačem, žije v teplotě, kterou nezměříte v obýváku. Pro takové místo se vybírá materiál podle provozní teploty, ne podle toho, co je zrovna v tiskárně.
  • UV a venkovní provoz. Prusa u ASA popisuje vysokou UV odolnost a teplotní rezistenci a řadí ji mezi materiály pro venkovní použití — a zároveň otevřeně píše o jejích nevýhodách, hlavně o výrazném kroucení při tisku a o výparech, které vyžadují větrání. To je přesně ten typ kompromisu, který se má rozhodnout dopředu, ne až u hotového dílu.
  • Vlhkost a prach. Tištěný díl má z principu mikroskopické spáry mezi vrstvami. Ke krytu, který má něco skutečně utěsnit, patří návrh těsnění nebo jiná technologie — ne důvěra v to, že to „nějak vydrží”.

Vibrace: kde tisk pomáhá nejvíc

Vibrace jsou u multirotorů stálý stav, ne porucha. A právě tady je tisk často lepší než obrábění, protože umožňuje kombinovat tuhé a pružné díly přesně tam, kde je to potřeba.

Případová studie Fillamentum s Rotoramou to dokládá na reálné výrobě: z pružného TPU v tvrdostech Shore 92A a 98A se tiskly držáky kamery, držáky antény, ploutve a u části strojů i chrániče vrtulí, zatímco tuhé konstrukční díly vznikaly jinak. ADMASYS ve svém přehledu popisuje stejný princip z druhé strany — kombinaci tuhého krytu na letovou jednotku s pružným úchytem baterie, který tlumí vibrace.

Poučení není „tiskněte z TPU”. Poučení je, že na jednom stroji mají různé díly různé úlohy a jeden materiál je nesplní. Kdo si objedná všechno z jednoho filamentu, dostane buď zbytečně těžké kryty, nebo měkké držáky.

Vložky, šrouby a vůle: kde tištěné díly nejčastěji selhávají

Nejčastější příčinou toho, že tištěný díl „nevydržel”, nebývá materiál, ale spoj. Závit vyříznutý přímo do plastu vydrží pár utažení a pak se vytrhne. ČVUT k tomu uvádí konkrétní doporučení: metrické závity ISO jsou pro tisk kvůli profilu nevhodné, u menších vnitřních závitů se vyplatí vytisknout jen otvor a závit vyříznout závitníkem — nebo použít závitové vložky či matice do připravených otvorů. Pro nosné spoje se nedoporučují průměry pod 6 mm.

K tomu patří ještě druhá polovina, na kterou se zapomíná: vůle pro kabely, konektory a montážní přístup. Díl, který sedí dokonale na modelu, ale nejde do něj po montáži dostat konektor, je vadný díl. Konkrétní tolerance přitom závisí na geometrii, materiálu i orientaci — proto je u nás standardní součástí zakázky zkušební kus, ne slíbená hodnota v tabulce.

Kde tisk končí a začíná jiná technologie

Tisk není cíl, je to jeden z nástrojů. Přesně to ukazuje postup, který Fillamentum s Rotoramou popisuje u rámů: nejdřív vznikla tištěná iterace z ABS, na které se ověřil tvar a osazení komponentami, a teprve ověřený rám se vyřezal z karbonu, který je dražší a na výrobu náročnější. Tištěný prototyp tam nebyl náhradou karbonu — byl to způsob, jak se ke karbonu dostat bez drahé slepé uličky.

Podobně to vypadá i směrem k výkonnějším technologiím. 3Dees popisuje MJF a materiál PA12 jako cestu ke komplexním, topologicky optimalizovaným geometriím u konstrukčních částí draku, krytů elektroniky a aerodynamických prvků; u jednoho zahraničního projektu uvádí snížení hmotnosti vybraných komponent až o čtvrtinu. Je to jejich publikovaný údaj o cizím projektu, ne příslib pro váš díl — pro ten by musel vzniknout návrh, vážení a test. ADMASYS zase u konstrukčních dílů a rámových sestav zmiňuje pryskyřice pro SLA a nylonový prášek pro SLS.

Vyplývá z toho jediné praktické pravidlo: technologie se volí podle dílu, ne podle toho, co má dodavatel zrovna na dílně. U nás to znamená, že vám u některých zakázek řekneme, že tisk není správná odpověď — a navrhneme jiný postup, klidně levnější. Do zakázkových dílů patří obojí.

Díly mimo dron — vložky do kufru, držák ovladače, kryty nabíječek nebo stojánky — tiskneme na sesterském webu Výroba dílů na míru.

Vrtule a letově kritické díly: naše hranice, řečená nahlas

Tady končí legrace a začíná pravidlo, které neobcházíme.

Vrtule netiskneme. ADMASYS to ve svém přehledu formuluje přesně tak, jak to vidíme i my: někteří vývojáři tisk vrtulí zkoušejí, ale kvůli vysokým otáčkám a nárokům na přesné vyvážení se stále vyplácí zůstat u komerčně vyráběných vrtulí. Rotující díl s nerovnoměrnou strukturou nemá jak selhat elegantně.

Nosné a letově kritické díly bez výpočtu a testu nepřijímáme. Vysoce zatížená ramena, uchycení motorů pod plným tahem a části řízení jsou díly, u kterých buď existuje návrh, materiálová specifikace a ověření, nebo neexistuje zakázka. Nemáme na ně obecné číslo, které bychom vám mohli slíbit — a kdyby vám ho někdo slíbil bez znalosti vaší sestavy, je to samo o sobě varování.

Hmotnost se počítá. Každý přidaný nebo vyměněný díl mění hmotnost stroje a tím i jeho letové vlastnosti a provozní zařazení. Pravidla provozu řeší ÚCL a EASA a jejich výklad na sebe nebereme — ale to, že vám o vlivu úpravy na hmotnost a těžiště řekneme dopředu, je součást úpravy dronu i každého technického posouzení.

Rychlý test, do které škatulky váš díl patří

Projděte si těchto šest bodů. Pokud u některého nevíte, je to přesně ta informace, kterou od vás při posouzení budeme potřebovat.

  1. Co drží a co se stane, když to za letu praskne — spadne kus krytu, nebo přijdete o motor?
  2. Točí se to, nebo to sedí v rovině vrtulí?
  3. Jakou teplotu má místo, kam díl přijde, za provozu — ne v klidu?
  4. Je stroj venku? Jak dlouho a v jakém počasí?
  5. Kolik kusů potřebujete a jak přesně se musejí shodovat?
  6. Nese díl cizí zařízení? Kolik váží a kde má těžiště?

První dvě otázky rozhodnou, jestli je to díl pro tisk. Zbytek rozhodne o materiálu, technologii a o tom, kolik práce je potřeba před první vrstvou. U složitějších sestav z toho rovnou vzniká zadání pro vývoj UAV — návrh, prototyp, ověření.

Co s tím dál

Máte konkrétní díl a nejste si jistí, do které škatulky spadá? Pošlete nám ho k posouzení. Stačí fotografie z více úhlů s měřítkem, model dronu, popis místa, kam díl přijde, a co má nést. Řekneme vám, jestli to je úloha pro tisk, pro jinou technologii, nebo jestli je to díl, na který si bez výpočtu a testu netroufneme — a proč.

Pokud jde o díl, který praskl při pádu a stroj kvůli němu stojí, je to spíš oprava než nový návrh; co v takovém případě děláme, popisuje stránka oprava dronu.

Požádejte o technické posouzení dílu — napište, co potřebujete, a probereme to.

Zdroje

3D tiskdíly pro dronykonstrukce dílůmateriálybezpečnostzakázková výroba