Fabricación de prototipos mecánicos de drones: ¿qué esperar?

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Publicado el:  30 de nov. de 2020, | Por  Candy, Gerente de Marketing de Sendot Technology

Conquistar el cielo ha sido una de las mayores batallas de la humanidad desde tiempos antiguos.  Nuestros antepasados nos advirtieron que el cielo puede ser un enemigo peligroso. Recordemos la leyenda de Ícaro, un muchacho que quería volar como un pájaro tanto que su padre le había hecho alas con plumas de ave y cera. Voló más y más alto hasta que el sol derritió la cera y cayó a su muerte. Esta historia nos da dos lecciones importantes:

1.Siempre haga prototipos mecánicos o prototipos funcionales de sus aviones y pruébelos diligentemente;

2.Intente probarlos sin estar dentro. O al menos consiga un paracaídas.

Afortunadamente, la fabricación moderna y la ingeniería aérea nos dan la oportunidad de hacer ambas cosas. Podemos controlar nuestros prototipos de aeronaves de forma remota y podemos crear prototipos en poco tiempo.

¿Qué son los drones?

Los drones se han convertido en los aviones aficionados por excelencia. Son ligeros, pequeños, fáciles de volar y en realidad puede fabricarlos personalmente, lo que atrae a mucha gente a la que le gusta experimentar con mecanismos. Sin embargo, los drones existen desde mucho antes. La primera mención de ellos se remonta a la década de 1920.

Los primeros intentos de fabricar drones no tuvieron éxito. Hubo muchos inventores independientes que lograron crear prototipos de helicópteros con motores de 4 a 6 rotores. Estos aviones eran demasiado inestables, no sincronizados y exigían demasiado al piloto, por lo que su desarrollo fue mayormente abandonado hasta tiempos recientes.

Con los avances modernos en aeronáutica y electrónica, las dificultades técnicas anteriores con las funciones de los drones se han superado en su mayoría. Los drones se volvieron no tripulados, ya que el problema del piloto era el único que quedaba. Sin embargo, ya no hay ninguna necesidad de un piloto. Simplemente puede montarle una cámara y obtener un control remoto. La electrónica moderna hace que el diseño de este vehículo sea realmente simple, por lo que mucha gente fabrica drones como pasatiempo o los compra para hacer grandes películas, arte, entregar cosas o incluso espiar a los vecinos, quién sabe. Existe incluso la historia de un hombre que decidió inmortalizar a su gato convirtiéndolo en un cuadricóptero.

¿De qué se compone un dron?

Un dron típico tiene los siguientes elementos que determinan su funcionalidad:

1. Estructura (chasis). Esta es la parte principal y la más importante. Mantiene unidos todos los objetos funcionales, determina la resistencia general de la estructura y afecta las propiedades aeronáuticas del dispositivo. Hablaré principalmente de esta parte, ya que es prácticamente la única que tendrá que diseñar y fabricar usted mismo o con la ayuda de un taller de prototipado (lo cual es muy recomendable si no tiene formación en ingeniería, ya que, al final, será más barato y rápido, pues los fabricantes de prototipos crearán un chasis de alta calidad,  elegirán mejor los materiales y le asesorarán sobre el diseño)
2. Motores. Puede necesitar de 4 a 8 motores dependiendo de cuántos rotores desee. El motor determina qué tan rápido giran las palas del dron y, por lo tanto, su capacidad de potencia. Hay muchos fabricantes de motores que ofrecen soluciones económicas y fiables.
3. Controladores electrónicos de velocidad. Estos son los dispositivos que sincronizarán sus hélices y evitarán que su dron actúe de forma errática. También son muy baratos y fáciles de encontrar.
4. Hélices. Ahora bien, estas son las principales partes móviles del propulsor. Sus palas tienen una geometría compleja y su tamaño y forma dependerán del peso y tamaño del chasis, por lo que probablemente tendrá que pedirlas junto con el chasis.
5. Baterías, conectores y controles. Se necesitarán algunas piezas electrónicas más pequeñas para operaciones secundarias. Tales como conectores, baterías y un receptor con un control remoto para volar el dron. Probablemente también necesitará una cámara, ya que volar el dron sin una es como caminar con una sola pierna.

Como puede ver, la industria moderna ofrece muchas soluciones ya preparadas para la fabricación de drones. Dado que fabricar dispositivos electrónicos es en sí mismo un proyecto complejo y costoso, le aconsejo que simplemente compre las piezas existentes, ya sea un aficionado o que planee vender los productos. Si sus ventas crecen, entonces puede pensar en fabricar sus propios circuitos. Con eso, nos quedan dos piezas principales de fabricación personalizada que son esenciales para el rendimiento del dron.  Claro, tendrá que fabricar algunos conectores y carcasas de baterías adicionales. Sin embargo, su diseño no representa ningún problema y puede imprimirse en 3D con un chasquido de dedos.

Cómo fabricar chasis de drones personalizados

Bien, los chasis son realmente importantes para la estabilidad y la estructura general del dron. A medida que aprenda a volar su aeronave, seguramente chocará contra cosas y dañará el chasis, por lo que también debería ser fácil de reemplazar o reparar.

Actualmente, hay una serie de posibles diseños de chasis de drones dependiendo del número de hélices que desee. Cuantas más hélices, más estable será el dron, pero también más pesado.  Los parámetros más cruciales son la rigidez y el peso. Por eso los materiales más extendidos son los siguientes:

1.Madera.El material más barato, que es el más fácil de procesar y puede moldearse para formar el chasis con las herramientas más simples. La apariencia y fiabilidad de un dron así no son altas. Es fácil de reemplazar, pero espere que se rompa con el menor de los impactos. Básicamente, es una buena opción para aficionados. El chasis generalmente se mecaniza en un torno para madera o con un instrumento más simple y luego se pega.

2.Plástico.Es la opción más obvia. Muchos polímeros son ligeros, tienen alta resistencia a la tracción y, lo mejor de todo, pueden procesarse rápidamente utilizando tecnologías modernas. Por ejemplo, los chasis de plástico pueden fabricarse mediante impresión 3D o técnicas de prototipado por colada de uretano. Esto lo convierte en una muy buena opción para crear prototipos de modelos de drones comerciales. Puede fabricar fácilmente un pequeño lote con técnicas de prototipado rápido, ensamblarlos y realizar pruebas. Y, cuando esté listo, encargar un molde de inyección.

3.Aluminio. Debe elegir este material para fabricar los sistemas más duraderos y robustos, que resistirán mucho estrés. También es el material más pesado. Por lo general, un chasis así se mecanizará con CNC. Debe usar chasis de aluminio solo si crea drones industriales profesionales. O si ya ha realizado pruebas y aprobado el diseño, y quiere que su dron se vea realmente bien y brillante.

Hagamos las hélices

Las hélices son las partes más complejas del diseño del dron.  Tiene que calcular realmente su geometría dependiendo del peso de su dron para alcanzar el empuje requerido. Afortunadamente, hay muchos servicios que le ayudarán a hacerlo. Si encuentra la geometría demasiado compleja, siempre puede encargar las palas a un taller de prototipado, donde ingenieros competentes diseñarán, calcularán y fabricarán las hélices perfectas.

Entonces, obviamente, el diámetro es importante. Cuanto más grandes sean las palas, más aire puede bombear la hélice. Sin embargo, debe tener en cuenta que las hélices deben estar sincronizadas para evitar que choquen entre sí. Por eso las hélices más grandes ofrecen peor maniobrabilidad. Debe elegir lo que mejor le convenga: una mayor carga del dron o mejor maniobrabilidad.

El ángulo de ataque es otra característica importante de la pala. Es básicamente el ángulo con el que la hélice golpea el aire y lo desvía. Cuanto mayor sea, mejor será la eficiencia de la pala; sin embargo, se requiere un motor más grande, ya que las fuerzas del viento serán mayores. El ángulo de ataque se reduce más cerca del centro de las hélices que tienen un paso constante. Sin embargo, con un ángulo de ataque variable, la geometría de la hélice se vuelve demasiado compleja.

Las palas de las hélices se imprimen en 3D en su mayoría o se funden usando moldes de silicona, al igual que los chasis de plástico, ya que esos métodos son los más eficientes para lograr una geometría compleja con bajos costos y tiempo. Las palas se posprocesan después, porque un buen acabado superficial reduce la vibración del dron en vuelo.

Debe recordar equilibrar las hélices también. Es un proceso sencillo. Puede hacerlo con un lápiz y un cuchillo. Simplemente monte la pala sobre un lápiz colocado horizontalmente. Lo más probable es que la hélice gire alrededor de su eje. Entonces, corte un poco de la raíz de la pala, que tiende a quedar en la zona inferior del lápiz. Repita esto hasta que la pala no gire cuando la monte en el lápiz.