- Un dron VTOL fabricado con impresora 3D logró volar 130 millas (aprox. 210 km) y durante 3 horas con una sola carga, convirtiéndose en uno de los VTOL impresos en 3D con mayor alcance y tiempo de permanencia en el aire del mundo
- El proyecto comenzó sin ninguna experiencia previa en CAD, impresión 3D ni diseño aerodinámico, y en solo 90 días se completó de forma independiente el diseño, la impresión, el ensamblaje y el vuelo
- Se usaron por primera vez una impresora 3D Bambu A1 y material foaming PLA, atravesando numerosos ensayos y errores con ajuste de parámetros, mejora de calidad del material, abastecimiento de piezas y troubleshooting de pérdidas de potencia
- Los detalles del proceso de diseño y construcción del proyecto no pudieron publicarse por completo debido a la edición del video y al volumen de trabajo, pero existe intención de compartir conocimientos más detallados si hay interés
- Recibió gran atención, incluyendo un quote tweet de influencers de la industria como Reid Hoffman, y fue una experiencia muy significativa dentro del reto de desarrollar un eVTOL personal
Resumen del proyecto y motivación
- Un dron VTOL (despegue y aterrizaje vertical) diseñado e impreso directamente con una impresora 3D logró volar 130 millas y 3 horas continuas con una sola carga
- El reto se asumió partiendo desde cero, sin experiencia previa en CAD, impresión 3D ni análisis aerodinámico
- En solo 90 días se completó de manera independiente todo el proceso: diseño, adquisición de piezas, ensamblaje y vuelo
Ensayo, error y proceso de aprendizaje
- El uso de la impresora 3D Bambu A1 y del material foaming PLA, al igual que la mayoría de las herramientas y materiales, fue nuevo en este proyecto
- Las habilidades de CAD también partían de un nivel en el que solo podía hacer bocetos básicos y extrusiones simples, y desde ahí fue aprendiendo por su cuenta hasta diseñar una aeronave VTOL y realizar simulaciones aerodinámicas
- En cada etapa enfrentó numerosas dificultades, como abastecimiento de piezas, mejora de la calidad de impresión y troubleshooting de pérdidas de potencia, adquiriendo experiencia práctica valiosa
Proceso avanzado de diseño y fabricación no publicado
- Debido a la edición del video y a la extensión del contenido, no se alcanzó a cubrir por completo el proceso profundo, como la selección de parámetros de diseño de la aeronave, el diseño CAD del fuselaje, la adquisición de piezas, la mejora de calidad de impresión y el análisis de pérdidas de potencia
- Existe disposición para compartir conocimientos adicionales de diseño y fabricación si así se desea
Reacción de la comunidad y objetivos a futuro
- Recibió gran atención de la industria y de la comunidad, incluyendo un quote tweet de Reid Hoffman diciendo: “Antes necesitabas un hermano y una fábrica de bicicletas; ahora solo necesitas el toolchain correcto”
- A partir de esta experiencia, planea seguir desafiándose en el desarrollo de aeronaves eVTOL personales
- Esto demuestra que incluso una persona no especialista puede desarrollar drones o aeronaves avanzadas con una impresora 3D, conocimiento open source y espíritu experimental
3 comentarios
Mmm, mi impresora Bambu solo está imprimiendo componentes para juegos de mesa...
foaming PLAes un filamento especial al que Bambu le puso el nombre PLA Aero.Al generarse burbujas en el interior, permite una baja densidad y reducción de peso. Con el mismo volumen, pesa aproximadamente un 50%.
Vaya... si lo encierras durante 90 días, hasta podrían salir armas, jaja.
Opiniones en Hacker News
Tengo curiosidad por la comparación con un diseño de estructura de foam. La posibilidad de personalización y la estructura de relleno no macizo de las piezas impresas en 3D son claramente ventajas. En términos de rigidez, una estructura impresa en 3D no es tan efectiva como la fibra de carbono para un cuadricóptero, pero en un ala fija parece una opción bastante buena como alternativa al foam. En los quads, el problema de rigidez se maximiza, pero si solo hace despegue y aterrizaje como este aparato, no importa tanto, a menos que se busquen aceleraciones o maniobras extremas como en drones de alto rendimiento. Si alguien quiere intentarlo, los componentes usados son probablemente COTS genéricos chinos que se pueden comprar en Amazon y similares. ArduPilot, que usan como firmware, es excelente en flexibilidad y estabilidad, pero su UX para configurarlo está entre las peores. Casi todos los UAS comerciales usan PX4, con muy pocas excepciones
Yo usé single wall foaming PLA, pero resiste mal los impactos y definitivamente es muy brittle. Es más débil que el foamcore más barato, EPP o EPO. En la práctica eso fue un problema en choques y recuperaciones. El primer VTOL que hice antes era de foamcore Readyboard, y aunque cayó sobre asfalto desde 12 pies de altura, solo se comprimió y ni siquiera tuve que reemplazarlo. Si vuelvo a imprimir uno, pienso agregar dovetails o clips para reforzar la durabilidad. Usé COTS para la aviónica y la propulsión para poder conseguir todo rápido. Las baterías Amprius son fabricadas en EE. UU., pero todo lo demás es chino. También está creciendo el uso comercial de Ardupilot, aunque su UX sigue siendo claramente complicada
El material PLA pesa más y además es más brittle, así que para volar drones es una opción mucho peor que el foam. Incluso con aterrizajes un poco bruscos las piezas se rompen fácilmente. Si el avión pesa más, el rendimiento de vuelo también empeora. Aun así, la ventaja es que puedes volver a imprimir de inmediato la pieza rota. Solo por eso ya se siente que el PLA vale la pena. El ABS es más durable y más liviano, pero sigue siendo pesado comparado con el foam. Además, imprimir en ABS tiene sus complicaciones
En sistemas comerciales se compra algo donde el fabricante ya hizo el trabajo de integración y entrega un producto más pulido, así que una UX de configuración poco amigable no es un gran problema. La razón principal por la que la mayoría de los UAS comerciales usan PX4 son las diferencias de licencia y políticas de mantenimiento. ArduPilot usa GPLv3 y encaja mejor con comunidad y hobby, mientras que PX4 usa BSD. Los fabricantes comerciales quieren evitar abrir el código fuente de sus propias personalizaciones, aunque no tengan nada especial y simplemente no quieran publicarlo
Me sorprendió que usaran celdas de batería modernas como la Amprius SA08. El pack cuesta alrededor de 1300 dólares, pero como se ve en Batemo Cell Explorer, actualmente tiene la mayor densidad energética por peso del mercado
Yo hago misiones de mapeo con drones sobre un terreno de 200 acres. Ahora mismo piloto con dronelink y drones DJI. En total toma unas 3 horas de vuelo, y cada batería dura unos 35 minutos. Tengo 4 baterías, así que para volar de forma continua tengo que cargarlas al mismo ritmo al que las consumo, y ni siquiera con un cargador cuádruple alcanza. Si existiera un dron de ala fija que pudiera volar áreas grandes mientras toma fotos de forma continua, sería ideal para mí. Pero armarlo y programarlo uno mismo parece mucho más complejo que usar un dron DJI off-the-shelf. Además, el terreno tiene bastante desnivel y no se puede entrar al espacio aéreo cercano, así que tampoco es fácil hacer los giros. A quienes tengan experiencia o al autor: ¿un ala fija vale la pena para esta misión o económicamente conviene más simplemente comprar más baterías para cuadricóptero?
¡Muy buena pregunta! No hay realmente un VTOL comercial por menos de 5,000 dólares que pueda volar 3 horas seguidas. Tampoco es fácil encontrar algo tan simple de usar como DJI. Si de verdad quieres entrarle al DIY y estás dispuesto a aprender a usar Ardupilot o PX4, que es más fácil, podrías probar armando un kit como el Heewing T2 VTOL. Pero incluso usando baterías de densidad energética similar, probablemente sea difícil superar las 2 horas de vuelo
En vez de intentar que un solo dron haga todo, yo recomendaría lanzar diez drones al mismo tiempo para trabajo y carga en paralelo
Para 200 acres no deberían ser 4 horas; a una altitud de vuelo de 120 m y con un traslape de 75-65%, se puede cubrir en 20 a 25 minutos. Con un Mavic 3 incluso podrías obtener 3.5 cm/px de GSD. Recomiendo enfocarte en optimizar traslape y altitud de vuelo
El dron de ala fija eBee X parece adecuado para tu caso de uso
Si tienes tiempo, podrías entrar al mundo del armado DIY de drones FPV. Puedes reemplazar tú mismo el frame, motores, ESC, controlador y todo lo demás. Comparado con DJI, te da mucho más control y satisfacción. Pero sí hay que pensar bien en la inversión de tiempo y en si conviene económicamente
Me pregunto si sería posible usar cuatro motores de cuadricóptero para controlar yaw, pitch y roll sin superficies de control. Tengo curiosidad por si quitar los servos innecesarios para reducir peso podría compensar el consumo adicional de batería
Buena pregunta. Mantener girando los motores de sustentación durante el crucero perjudica la eficiencia. Si el motor de crucero estuviera distribuido en varios puntos de las puntas alares respecto al CG, podría haber alguna forma de inducir roll con empuje diferencial, pero no se usa mucho por eficiencia. El peso de los servos representa una fracción mínima del peso total de la aeronave
Me pregunto cómo resolverías el control de yaw
Este proyecto es realmente impresionante. Me da curiosidad cómo empezaste a adquirir el conocimiento y las habilidades necesarias, y en qué partes tuviste que aprender cosas nuevas. También me interesa cuánto personalizaste Ardupilot y si la forma de control del dron es algo particular
¡Gracias! Para hover, transición y vuelo de crucero usé los controles estándar de Ardupilot. En el firmware solo personalicé parámetros y tuning
Ardupilot es un software realmente maduro. Muchos HUD de videos de drones de Ucrania también están basados casi siempre en Ardupilot. Casi todo lo que uno cree que debería poder hacerse, lo soporta. Sirve para aviones, helicópteros, VTOL, lanchas rápidas y yates
Parece que se puede hacer VTOL con Ardupilot prácticamente sin personalización
Es impresionante al punto de que cuesta creer que lo hizo un aficionado. Tener motores separados para vuelo vertical y horizontal simplifica el diseño, pero en vuelo horizontal los motores verticales generan bastante drag, así que es ineficiente. Si fueran más grandes podría ser un problema, pero por otro lado, si se intentara girar los motores, el aumento de peso probablemente reduciría aún más la autonomía
En realidad, la ineficiencia de esta configuración no es tan grande. Se puede optimizar el sizing del motor y la hélice de crucero, y eso da una ganancia de eficiencia nontrivial. En diseños tilt-rotor, tilt-wing o tilt-body, el motor de crucero también tiene que encargarse de la sustentación, así que en crucero no trabaja en su rpm óptima. El hover consume entre 4 y 7 veces más potencia que el crucero, y en ese caso el motor opera fuera de su rango ideal. El CTO de Archer, Munoz, ha hablado públicamente de esto
Wing ya usa un diseño casi idéntico. Supongo que ya se optimizó mediante análisis y simulación considerando costo, autonomía, complejidad, seguridad y otros factores
[Referencia del diseño de Wing Aviation](https://en.wikipedia.org/wiki/Wing_Aviation#/media/File:Wing_delivery_Vuosaari_3.jpg)
Hay muchísimos diseños DIY de VTOL tilt-rotor. Como referencia, comparto este caso de VTOL tilt-rotor en Hackaday
Agregar un mecanismo tilt-rotor en un proyecto de esta escala y con este objetivo aporta poco frente al aumento de complejidad y peso. Sí, es cierto que también aumenta el peso y el drag por usar motores y hélices separados
Autopromoción: Aliptera añade una estructura de ala única a sus cuatro tilt-rotors para que el ala también aporte sustentación en modo de vuelo vertical. Así pueden usar motores más pequeños y mejorar la eficiencia en vuelo horizontal
Está increíble. Ojalá mucha gente se inspire a construir por sí misma lo que le gusta. “Solo hay que hacerlo, y se puede aprender.” No hacen falta permisos, clases, títulos ni mentores
Me gustó mucho la frase: “Hace 100 años, para ser pionero de la aviación necesitabas un hermano y una tienda de bicicletas. Hoy solo necesitas el toolchain correcto”. La categoría donde el ciclo imaginación → realidad ocurre más rápido es la que ya tiene ese loop de materialización existente
De verdad impresionante. Me pregunto qué tan importantes son las superficies de control en un diseño multimotor
Desde hace tiempo me interesa construir cosas, pero todavía no me he animado. Me encantaría que hubiera planes de construcción detallados y un tutorial pensado para principiantes. Incluso estaría dispuesto a donar al proyecto o apoyar en Patreon