- Um drone VTOL feito com impressora 3D conseguiu voar 130 milhas (cerca de 210 km) e por 3 horas com uma única carga, tornando-se um dos VTOLs impressos em 3D com maior alcance e tempo de voo do mundo
- O projeto começou do zero absoluto, sem qualquer experiência em CAD, impressão 3D ou projeto aerodinâmico, e foi concluído de forma independente em apenas 90 dias, do desenho à impressão, montagem e voo
- Usando pela primeira vez uma impressora 3D Bambu A1 e material foaming PLA, o processo envolveu inúmeras tentativas e erros com ajuste de parâmetros, melhoria da qualidade do material, sourcing de peças e troubleshooting de perda de potência
- Os detalhes do processo de projeto e construção não puderam ser totalmente divulgados por questões de edição de vídeo e volume de trabalho, mas há planos de compartilhar técnicas mais detalhadas mediante solicitação
- Com posts citados por influenciadores do setor como Reid Hoffman, o projeto ganhou grande repercussão, e foi uma experiência extremamente significativa no desafio de desenvolver um eVTOL pessoal
Visão geral do projeto e motivação
- Um drone VTOL (decolagem e pouso vertical) projetado e impresso diretamente em uma impressora 3D conseguiu voar 130 milhas com uma única carga, em 3 horas contínuas
- Até então, o autor era um iniciante completo, sem qualquer experiência relacionada em CAD, impressão 3D ou análise aerodinâmica
- Em apenas 90 dias, concluiu sozinho todo o processo de projeto, aquisição de peças, montagem e voo
Tentativas, erros e processo de evolução
- O uso da impressora 3D Bambu A1 e do material foaming PLA, assim como a maior parte das ferramentas e materiais, aconteceu pela primeira vez neste projeto
- As habilidades em CAD também evoluíram de um nível em que só era possível fazer esboços básicos e extrusões simples para o aprendizado autônomo de projeto de aeronaves VTOL e simulação aerodinâmica
- Em cada etapa, enfrentou inúmeros obstáculos, como sourcing de peças, melhoria da qualidade de impressão e troubleshooting de perda de potência, adquirindo conhecimento prático ao longo do caminho
Processo avançado de projeto e fabricação ainda não divulgado
- Devido à edição de vídeo e ao volume de conteúdo, não foi possível cobrir integralmente processos aprofundados como seleção de parâmetros do projeto da aeronave, projeto CAD da estrutura, aquisição de peças, melhoria da qualidade de impressão e análise de perda de potência
- Há disposição para compartilhar mais conhecimentos de projeto e fabricação, caso haja interesse
Reação da comunidade e objetivos futuros
- Reid Hoffman chegou a citar o projeto no X dizendo que “antes você precisava de um irmão e de uma fábrica de bicicletas; agora, basta ter a toolchain certa”, mostrando como o projeto chamou grande atenção da indústria e da comunidade
- Com base nesta experiência, o autor pretende continuar desafiando o desenvolvimento de uma aeronave eVTOL pessoal
- É uma prova de que estamos em uma era em que até não especialistas podem desenvolver drones e aeronaves avançados com impressoras 3D, conhecimento open source e espírito experimental
3 comentários
Hum, minha impressora Bambu está imprimindo só componentes de jogos de tabuleiro...
foaming PLAé um filamento especial que a Bambu chama de PLA Aero.Com a formação de bolhas no interior, é possível reduzir a densidade e o peso. No mesmo volume, fica com cerca de 50% do peso
Uau... se prenderem alguém por 90 dias, daqui a pouco até arma sai daí kkk
Comentários do Hacker News
Fiquei curioso sobre a comparação com um design de estrutura em foam. A possibilidade de customização e a estrutura de preenchimento não sólido das peças impressas em 3D são claramente vantagens. Em termos de rigidez, uma estrutura impressa em 3D não é tão eficaz quanto fibra de carbono em um quadricóptero, mas em asa fixa parece uma opção bem razoável como alternativa ao foam. Em quadricópteros, o problema de rigidez é maximizado, mas se este aparelho faz apenas decolagem e pouso simples, isso importa pouco (a menos que seja aceleração/manobras extremas como em drones de alto desempenho). Se alguém quiser tentar, os componentes usados são todos COTS chineses comuns, provavelmente compráveis na Amazon e similares. O ArduPilot usado como firmware é excelente em flexibilidade e estabilidade, mas a UX na hora de configurar está entre as piores. Quase todos os UAS comerciais usam PX4 quase sem exceção
Eu usei PLA expansível de parede única, mas ele tem baixa resistência a impacto e é claramente bastante frágil. É mais fraco até que os foamcore mais baratos, EPP e EPO. Isso de fato virou um problema em colisões ou na recuperação. O primeiro VTOL que fiz no passado era de foamcore Readyboard, e mesmo caindo no asfalto de 12 pés de altura ele só sofreu compressão simples e nem precisou de substituição. Se eu imprimir outro no futuro, pretendo adicionar encaixes tipo dovetail ou clipes para reforçar a durabilidade. Usei COTS para aviônicos e componentes de propulsão para acelerar o suprimento. As baterias Amprius são fabricadas nos EUA, mas o resto é tudo chinês. O uso comercial de Ardupilot também está aumentando, mas a UX realmente é difícil
O material PLA é pesado e também muito frágil, então é uma escolha muito pior que foam para voo de drones. Até pousos um pouco mais duros quebram peças com facilidade. Se o avião fica pesado, o desempenho de voo também piora. Ainda assim, a vantagem é que você pode reimprimir imediatamente a peça quebrada. Só isso já faz o PLA parecer valer a pena. ABS é mais durável e mais leve, mas ainda é pesado em comparação com foam. E imprimir ABS também tem suas dificuldades
Em sistemas comerciais, você está comprando algo em que o fabricante já entregou a integração e o acabamento, então uma UX ruim na configuração não é um problema tão grande. O principal motivo de a maioria dos UAS comerciais usar PX4 são as diferenças de licença e de política de manutenção. O ArduPilot é GPLv3 e mais adequado para comunidade e hobby, enquanto o PX4 é BSD. Fabricantes comerciais querem evitar abrir o código-fonte das suas customizações (mesmo quando não há nada demais, eles relutam em divulgar)
Fiquei impressionado pelo uso de células de bateria de ponta como a Amprius SA08. O pack custa por volta de US$ 1.300, mas, como aparece no Batemo Cell Explorer, hoje tem a maior densidade de energia por peso no mercado
Eu faço voos de missão de mapeamento com drones em uma propriedade de 200 acres. Hoje piloto com dronelink e drones da DJI. No total leva cerca de 3 horas de voo, e consigo cerca de 35 minutos por bateria. Tenho 4 baterias, então para voar continuamente preciso carregar na mesma velocidade em que consumo (mesmo com carregador quádruplo não dá conta). Se existisse um drone de asa fixa que pudesse sobrevoar áreas grandes tirando fotos continuamente, eu adoraria. Mas construir/programar por conta própria parece muito mais complexo do que usar um DJI pronto de prateleira. Além disso, o relevo é bem irregular e não posso entrar no espaço aéreo próximo, então fazer curvas também não é simples. Para o autor ou quem tiver experiência, queria saber se uma aeronave de asa fixa vale a pena para essa missão, ou se economicamente é melhor simplesmente comprar mais baterias para o quadricóptero
Ótima pergunta! Não existe realmente um VTOL comercial abaixo de US$ 5.000 que faça 3 horas contínuas de voo. Também é difícil achar algo tão simples de usar quanto a DJI. Se você estiver disposto a encarar um projeto DIY e aprender a usar Ardupilot ou PX4 (este é mais fácil), pode montar um kit como o Heewing T2 VTOL. Mas mesmo usando baterias de densidade energética semelhante, provavelmente será difícil passar de 2 horas de voo
Em vez de tentar fazer tudo com uma aeronave só, eu recomendaria lançar dez drones ao mesmo tempo para trabalhar e carregar em paralelo
Para 200 acres, não 4 horas, mas 20 a 25 minutos bastam para cobrir tudo, assumindo altitude de voo de 120 m e sobreposição de 75-65%. Com um Mavic 3, você pode chegar a 3,5 cm/px de GSD. Eu recomendaria focar em otimizar sobreposição e altitude de voo
O drone de asa fixa eBee X parece adequado para o seu uso
Se você tiver tempo de sobra, pode entrar no mundo da montagem de drones FPV. Estrutura, motores, ESC, controlador, tudo pode ser substituído por você mesmo. Em comparação com a DJI, você ganha muito mais controle e satisfação. Mas vale pensar no investimento de tempo e no custo-benefício
Fiquei curioso se dá para usar os quatro motores do quadricóptero para controlar yaw/pitch/roll sem nenhuma superfície de controle. Se der para remover os servos desnecessários e reduzir peso, talvez isso compense o consumo extra de bateria
Boa pergunta. Manter os motores de sustentação girando durante o cruzeiro prejudica a eficiência. Se houver vários motores de cruzeiro nas pontas da asa em relação ao CG, até haveria uma forma de induzir roll por empuxo diferencial, mas isso quase não é usado por causa da eficiência. O peso dos servos é uma fração muito pequena da aeronave total
Fiquei curioso sobre como você faria o controle de yaw
Este projeto é realmente impressionante. Fiquei curioso sobre como você começou com os conhecimentos e habilidades necessários para o projeto, e em quais pontos precisou aprender coisas novas. Também queria saber quanto de customização do Ardupilot foi feito e se o modo de controle do drone é algo incomum
Obrigado! Hover, transição e voo de cruzeiro usam todos os controles padrão do Ardupilot. No firmware, só customizei parâmetros e tuning
Ardupilot é um software realmente maduro. O HUD de muitos vídeos de drones vindos da Ucrânia também é quase sempre baseado em Ardupilot. Tudo que você imagina que ele consiga fazer provavelmente é suportado. Avião, helicóptero, VTOL, lancha rápida, iate, tudo isso é possível
Parece possível fazer VTOL com o Ardupilot padrão, sem grande customização
É impressionante a ponto de ser difícil acreditar que foi feito por um amador. Separar os motores de voo vertical e horizontal simplifica o projeto, mas em voo horizontal há a ineficiência de os motores verticais causarem muito arrasto. Se forem grandes, isso pode ser um problema, mas por outro lado, se você tentar girar os motores, o peso aumenta e provavelmente o alcance acaba diminuindo
Na prática, a ineficiência dessa configuração não é tão grande assim. Dá para fazer o sizing ideal do motor e da hélice de cruzeiro, o que traz um ganho de eficiência nada trivial. Em configurações tilt-rotor/wing/body, o motor de cruzeiro também precisa cuidar da sustentação, então em cruzeiro ele não fica no rpm ideal. Hover consome de 4 a 7 vezes mais potência que cruzeiro, e nesses casos o motor opera fora da faixa ótima. O CTO da Archer, Munoz, já comentou isso publicamente
A Wing já usa praticamente o mesmo design. Presume-se que análise e simulação tenham otimizado custo, alcance, complexidade, segurança e outros fatores
[Referência de projeto da Wing Aviation](https://en.wikipedia.org/wiki/Wing_Aviation#/media/File:Wing_delivery_Vuosaari_3.jpg)
Existem muitos projetos DIY de VTOL tilt-rotor. Como referência, compartilho este exemplo de VTOL tilt-rotor no Hackaday
Adicionar um mecanismo tilt-rotor não vale muito a pena, diante do aumento de complexidade e peso, para a escala e o objetivo deste projeto. Mas é verdade que motores/hélices separados aumentam peso e arrasto
Divulgação pessoal: a Aliptera combina tilt-rotor nos 4 motores com uma estrutura de asa única, de modo que a asa também fornece sustentação no modo de voo vertical. Isso permite reduzir ainda mais o tamanho dos motores e melhorar a eficiência em voo horizontal
Muito legal. Espero que isso inspire muita gente a construir por conta própria o que gosta. "É só fazer, e dá para aprender." Não é preciso permissão, aula, diploma ou orientador
Achei marcante a frase: "Há 100 anos, para se tornar um pioneiro da aviação, você precisava de um irmão e de uma oficina de bicicletas. Hoje, tudo que você precisa é da toolchain certa". O ciclo de realização (imaginação → realidade) acontece mais rápido em categorias onde esse loop já existe
Realmente impressionante. Fiquei curioso sobre o quanto as superfícies de controle são importantes em projetos multimotor
Já tenho interesse em construir há muito tempo, mas ainda não tentei. Gostaria que houvesse um plano detalhado de construção e um tutorial voltado para iniciantes. Eu até teria disposição para fazer uma doação ao projeto ou apoiar no Patreon