С момента появления 3D принтеров у авиамоделистов появилась навязчевая идея - распечатать радиоуправляемую авиамодель на 3D принтере и летать на ней!

А что? Очень удобно - вкалывают роботы, счастлив моделист!

Моделисту остается только склеить авиамодель, установить электронику и отправляться в полет!

В этой статье разговор пойдет о чертежах авиамодели Летающее Крыло для 3D принтера. Точнее сказать - не чертежах, а STL файлах.

Цвет вашей авиамодели может быть любым - какой пластик выберете, таким цветом и распечатаете.

Авиамодель печатается на 3D принтере по частям, а потом собирается в единое целое с помощью цианокрилатного клея.

Настройки печати таковы: толщина слоя 0.2 мм, заполнение 3%.

Слои располагаются вертикально, для печати нужен 3D принтер с рабочей областью 20х20 см.

Размах авиамодели 80 см, вес собранной авиамодели без электроники 256 грамм.

Электроника для ЛК распечатанного на 3D принтере

Сервомашинки : 3.7 грамма - нужно 2 шт, заказывать лучше 3 или больше, в случае жесткой посадки сервомашинка может сломаться и что бы не ждать пока пришлют новую- стоить иметь запас.
Аккумулятор : 3S 400-500мАч 15-20С

Пульт управления и приемник : любой от 3-х каналов.

Так же потребуются отрезки стальной проволоки толщиной 1 мм и длинной 20 мм для навески элевонов.

Чертежи авиамодели для 3D принтера

На прошлой неделе в солнечном Сан-Диего (штат Калифорния) эксперты компании Dassault Systemes собрались на ежегодную встречу сообщества экспертов (COE), проводимую во время выставки TechniFair. Среди этих экспертов были пользователи, партнеры и преподаватели по таким решениям Dassault, как платформы CATIA V5 и 3DEXPERIENCE.

Одним из экспертов был Терри Макгоуэн (Terry McGowan), младший технический сотрудник Boeing. На дне открытия COE 2018 он выступил с речью о концепции аддитивного производства (AM) компании Boeing. Ожидания Boeing, связанные с АМ, как и ее флагманский самолет модели 747, взлетают до небес.

«Мы уверены, что эта технология имеет огромный потенциал, – заявил Макгоуэн. – Мы подошли очень близко к технологии, напоминающей репликатор из сериала Star Trek».

Аддитивное производство

Терри Макгоуэн, младший технический сотрудник Boeing (фотография из LinkedIn)

Аддитивное производство, AM, (оно же – 3d печать) за последние годы быстро завоевало известность. Эта технология используется в промышленности, в образовании и в академических кругах, а также любителями хобби и создателями новинок. Это не новая технология — ее концепция прослеживается к началу 1980-х годов — но по мере ее развития возникли такие сопутствующие ей технологии, как алгоритмический дизайн, которые и позволили подняться ей до прорывного состояния. Как отметил Макгоуэн в своем выступлении, существует множество причин поддерживать развитие АМ:

• Снижение стоимости деталей : эта технология позволяет использовать унифицированные узлы, снижая количество деталей, и, тем самым, уменьшая затраты.
• Доступность деталей : когда существует возможность напечатать деталь одним нажатием кнопки, то такие понятия, как время доставки и управление складскими запасами уходят в прошлое.
• Улучшение характеристик деталей : полученные на 3d принтерах детали позволяют использовать конструкции, не достижимые при помощи традиционных методов производства, например, облегченных оптимизированных структур.
• Увеличение надежности : снижение массы и количества деталей означает повышение их надежности, и детали, изготовленные на 3d принтерах, могут проектироваться с учетом эргономики.

Но, несмотря на то, насколько далеко продвинулась эта технология, и насколько велик ее потенциал, самой АМ еще предстоит пройти большой путь. Что может служить лучшей проверкой технологии, чем самая надежная, самая требовательная аэрокосмическая отрасль? Уж если можно использовать 3d принтеры для изготовления деталей самолета, то ничто не мешает применять 3d печать для всего остального. Компания Boeing ведет работы по созданию на 3d принтерах деталей, годных для эксплуатации в небе.

«Возьмем, к примеру, переднюю стойку на 787-м, – говорил Макгоуэн. – Для ее производства необходимо смонтировать гидравлические шланги вдоль большого монолитного элемента из титана. В будущем, мы сможем просто напечатать этот монолитный узел уже со всеми функциональными требованиями, встроенными в него, и устраним необходимость в монтаже всех дополнительных шлангов».

Сложность процесса АМ

Самая крупная в мире монолитная деталь, полученная на 3d принтере, оснастка для резки панелей крыла, была получена компанией Boeing при помощи 3d принтера в 2016 году. Эта деталь весом 748 кг занесена в книгу рекордов Гиннеса, и показана здесь в процессе изготовления (фотография от Boeing)

Для создания стабильно надежных деталей на 3d принтерах, необходимо принимать во внимание значительное число производственных параметров, участвующих в процессе АМ. В своем выступление Макгоуэн назвал некоторые из них:

• Материал : включая тип материала, размер частиц порошка и его чистота.
• Дизайн : включая геометрию, наличие консольных и опорных элементов.
• Компоновка : включая ориентацию деталей, их близость и заполнение пространства сборки.
• Процесс : включая использование энергии, скорость рабочего механизма, инертную атмосферу и более двухсот других параметров.
• Пост-обработка : включая термообработку, горячее изостатическое прессование (HIP), сглаживание стыков и зачистку поверхности.

Помимо этого, инженеры, использующие АМ, должны учитывать остаточные напряжения, рассеивание тепла, отделку поверхности, вертикальную анизотропность, сжатие и микрорасплавы. Контролировать нужно очень много параметров. Технология АМ все еще нуждается в наборе полных, качественных спецификаций всех этих параметров и опций.

Важным элементом для разработки таких спецификаций и снижения сложности АМ, как отметил Макгоуэн, стала информационная технология. В прошлом году Boeing начала широко использовать платформу 3DEXPERIENCE от компании Dassault Systemes. Одной из основных характеристики 3DEXPERIENCE является консолидация данных, а, по мнению Макгоуэна, данные играют важную роль в АМ.

«В прошлом, основным применением информационных технологий было обслуживание организации. Но теперь все изменилось, – сказал он. – В 21-м веке данные позволяют управлять всем. Поток создания ценностей формируется вокруг данных. И это означает, что информационные технологии оказывают связанными со всеми усилиями по структуризации и индустриализации потока создания ценности для АМ».

Обращение к сложности с помощью цифровых потоков

Фотография экрана платформы 3DEXPERIENCE (изображение от Dassault Systemes)

По словам Макгоуэна, обращение Boeing к платформе 3DEXPERIENCE стало важным шагом в развитии потока создании ценности с использованием АМ.

«Какое решение компания Boeing намерена использовать для получения этого промышленного потока создания ценности? – спросил он у аудитории COE. – «Она начинает с 3DEXPERIENCE. Эта новая платформа, предлагаемая компанией Dassault, представляет собой отход от системы, основанной на файлах, и играет значительную роль в совместной работе всех этих инструментов для достижения успеха в развитии промышленного потока создания ценности».

Макгоуэн заявил, что первым шагом компании Boeing в процессе АМ стало применение программного обеспечения EXALEAD компании Dassault Systemes для выявления данных, что позволяет идентифицировать и отобрать детали для АМ. С этого момента уже можно продемонстрировать цифровой поток – так называется интегрированная природа данных, проходящих через все шаги – поддерживающий весь процесс производства детали. В цифровом потоке выделяются следующие шаги:

1. Выбор детали для АМ : идентификация деталей, которые идеально подходят для использования АМ.
2. Создание/импорт модели : Импорт или создание модели детали.
3. Функциональный алгоритмический дизайн : совершенствование дизайна детали для снижения веса и объединения деталей.
4. Подготовка 3d печати : определение поддерживающих структур, ориентации печати и прочих аспектов.
5. Моделирование печати : моделирование процесса 3d печати для прогнозирования деформаций.
6. Компенсация детали : обеспечение компенсаций деформации детали.
7. Распространение пакета печати : создание и надежная доставка пакета печати.

Сертификация в FAA

Первый в мире титановый компонент конструкции для Boeing 787 Dreamliner, изготовленный при помощи 3d принтера, и получивший сертификацию FAA (фотография Business Wire)

Хотя впереди еще много работы, но Boeing уже добилась значительно прорыва в АМ. Сегодня на борту самолетов Boeing используются более 50 000 компонентов, изготовленных при помощи 3d принтеров. В прошлом году компании Boeing и Norsk Titanium AS получили первый сертификат Федерального управления гражданской авиации (FAA) на производство на 3d принтере титанового элемента конструкции, который будет устанавливаться на самолетах Boeing 787 Dreamliner.

«Boeing добилась успеха со своей первой деталью конструкции, выполненной из расплава титановой проволоки, — сказал Макгоуэн. — Мы получили сертификат FAA на этот процесс. Но в применении процесса порошкового расплава нам еще предстоит проделать много работы. Мы должны показать, что этот процесс повторяемый. Для получения разрешения от FAA необходимо продемонстрировать им стабильность и повторяемость процесса».

Все началось, когда Мэтью Бучард приобрел 3Doodler, 3D печатающую ручку, превращающую расплавленный пластик в различные изделия. Бучард работает главным исследователем и инженером в SAS International. Он занимался различными проектами с использованием 3Doodler, а сначала 2014 года основной его целью стало создание 3D печатного радиоуправляемого самолета.

Изначально он планировал построить самолет с помощью 3Doodler, и он получился достаточно хорошим, чтобы установить современный РУ двигатель.

В качестве эксперимента дизайнер использовал загруженные из Интернета планы для пробкового дерева. Этот самолет построен с помощью 3Doodler. Процесс создания является более быстрым и простым, нежели другие существующие способы.

Затем было необходимо установить РУ привод и двигатель, покрыть крылья, закрепить остальные детали и проводку. РУ привод и двигатель значительно увеличили вес самолета, поэтому конструкция изменялась несколько раз. Наконец-то, Бучарду удалось установить все, а также прикрепить новый пропеллер, приклеить приемник и аккумулятор. Серводвигатели позаимствованы у старых самолетов, общая стоимость 4 штук составила примерно £10.

После установки всех элементов конструкции настало время покрыть самолет. Сначала Бучард зашлифовал места стыков, а затем покрыл самолет материалом под названием Litespan с помощью ПВА клея.

Одно из преимуществ 3D ручки – при падении самолета во время испытательного полета поврежденные детали можно быстро заменить с помощью 3Doodler.

В последнее время все, похоже, помешались на «квадрокоптерах», если учесть постоянные демонстрации подобных летательных аппаратов и появление достаточно интересных 3D-печатных проектов. Собственно, и на продажу уже изготовленные 3D-печатные наборы для самостоятельной сборки идут вовсю. Оно все, конечно, замечательно, но зачем забывать про старые добрые самолетики?

По ходу дела, студент инженерного факультета Кирил Ланж из Флориды так и подумал, недавно сообразив полностью функциональный, летающий 3D-печатный радиоуправляемый самолет. Дизайн модели достаточно прост в изготовлении, да и сам самолетик неплохо летает.
Сам Кирил отмечает не без дольки юмора: «Это быстрый и маневренный самолет. Хотя, если учесть тот факт, что это единственный самолет с которым я когда-либо сталкивался, не мне судить о его качествах».

В общем, если вас занимает тема радиоуправляемых самолетов и 3D-печать, стоит взглянуть на этот проект. Самолет имеет приличный размах крыла около одного метра, мотор мощностью 210 Вт, вес около 720 грамм и использует четыре сервомотора для управления.

Большая часть составляющих с легкостью может быть напечатана на любом настольном FDM-принтере. Сам Кирил использует MakerBot Replicator 2. Крылья рекомендуется печатать из ABS-пластика, так как он легко склеивается. Все элементы спроектированы таким образом, чтобы не требовались опоры, хотя рафты рекомендуются. Поэтому, те же крылья лучше печатать вертикально. Для повышения стабильности в полете Кирил все же использовал несколько деревянных деталей. Если точнее, он использовал липу – простую в обработке, прочную и легкую древесину. Да и найти пару липовых планок в магазине не сложно.

Сборка оказалась достаточно простым мероприятием. Пришлось лишь немного подогнать липовые части под размер, чтобы они вошли в крылья. Что же касается 3D-печатных частей, то Кирил составил подробную инструкцию. Хоть она и достаточно пространна, зато все описано в деталях, да и каждый шаг достаточно прост.

Наконец, понадобится электроника и механические компоненты для управления самолетом. Вот перечень частей, использованных Кирилом, хотя можно и заменить их на аналогичные:

• Регулятор скорости TURNIGY Plush, 30А (1 шт.)
• Бесколлекторный двигатель с внешним ротором D2830-11 1000kv (1 шт.)
• Аккумулятор ZIPPY Compact 2200mAh 3S 25C, литий-полимерный (1шт.)
• Микро-сервоприводы Turnigy TG9e 9гр/1,5кг/0,10сек (4 шт.)
• Зарядка для аккумулятора
• 4-канальный радиопульт

Установка всех этих компонентов достаточно проста. Самое хитрое: используя пульт, нужно найти нейтральную позицию на сервоприводах и подсоединить их к рулевым поверхностям с помощью жесткой проволоки. Ну и под конец установить крышку на место с помощью пары резиновых жгутов и той же проволоки. Вроде бы все достаточно несложно.

Все подробности проекта можно найти

Внедрение трехмерной печати – важный виток в развитии авиастроительной отрасли. Аддитивное производство рассматривается, как альтернатива фрезерованию, штамповке и литью. Использование 3D принтеров и объемного сканирования позволит облегчить летательный аппарат, а значит, сократить издержки на топливо и материалы.

Преимущества 3D печати в авиастроении

Намного проще. Традиционные технологии, которые используются в авиационной промышленности, базируются на ручной сварке, применении ЧПУ, фрезеровальных станков, литейных форм. Такой подход требует больших затрат труда, времени и сырья.

Метод селективного лазерного спекания, как и послойное наплавление, осуществляется в автоматическом режиме, являясь более быстрым и экономным.

Оборудование может работать круглосуточно. При этом количество отходов на 70-95% меньше. Готовые детали получаются легче, благодаря чему снижается вес машины.

В сравнении с классическими методами, аддитивная печать снимает производственные ограничения – можно делать высокоточные запчасти без предварительной подготовки производственной линии, упрощая этап прототипирования.

Самолеты, напечатанные на 3D принтере

Пионером отрасли стала компания GE Aviation. Производитель авиационных двигателей обратил внимание на то, что использование разных сплавов в детали существенно улучшает её физико-технические свойства и даёт возможность вывести летные характеристики самолета на принципиально новый уровень. Традиционный метод литья не позволяет объединить разные материалы в рамках одного технологического процесса.

В GE Aviation начали работать над усовершенствованием форсунок. Для производства одной детали необходимо по отдельности изготовить 20 элементов, после чего соединить их в одной запчасти. 3D принтер по металлу дает возможность изготовить деталь из цельного куска материала, экономя время и деньги. Опытные образцы форсунок прошли сертификацию в 2016 году. Теперь производитель намеривается выпускать по 25000 деталей в год, сделанных с помощью принтера для трехмерной печати.

В научной лаборатории Airbus пошли еще дальше. Инженеры из Гамбурга создали беспилотный летательный аппарат, напечатанный на 3D принтере. Примечательно, что речь идет почти обо всех элементах корпуса, кроме модуля дистанционного управления и электронных пропеллеров. Беспилотник назвали «Thor».

Четырехметровый самолет успешно поднялся в воздух и преодолел 40 километровый маршрут из Гамбурга в Штад, где совершил посадку на заводе компании. Проект носит экспериментальный характер. На нем будут тестировать разные конструкции фюзеляжа, планера, формы крыла и прочих элементов корпуса. На базе «Тора» сделают самолет с цельным корпусом, максимально приближенный к серийным моделям.

3D печать уже используется в серийных самолетах Airbus. В широкофюзеляжных лайнерах А350 устанавливается напечатанный кронштейн в составе пилона двигателя. Деталь изготавливается из титанового порошка. В экспериментальных моделях А350 и узкофюзеляжных А320neoтестируются более 1000 деталей, сделанных методом лазерного спекания. Среди них преимущественно элементы интерьера.

Производитель авиадвигателей Safran Helicopter Engines в 2017 году представила линейку газотурбинных двигателей Aneto. Компактный силовой агрегат на 30% мощнее, чем установки аналогичных размеров. При этом устройство остается надежным и экономичным. В процессе сборки используются компоненты, сделанные методом трехмерной печати – впускные направляющие лопатки и вращающаяся камера сгорания. Компания налетала 25 часов, 35 раз подняв машины в воздух, – проблем не обнаружено!

В России над внедрением аддитивных технологий в авиапромышленности работают Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов и Томский политехнический университет.

Команда ВИАМ тестирует 3D-печатные комплектующие в двигателях для самолетов МС-21. В процессе производства агрегата ПД-14 используется завихритель фронтового устройства камеры сгорания, изготовленный с помощью селективного лазерного спекания, что сокращает себестоимость и время производства запчасти в 10 раз.

В ТПУ работают над замещением литых титановых деталей самолета на 3D-печатные. Исследователи отмечают, что доля титана в гражданских авиалайнерах достигает 15-20%. Если заменить литье объемной печатью, получится снизить массу самолета, а вместе с ней и расходы на горючее, сборку и обслуживание. Специалисты сосредоточились над работой с порошками титановых сплавов ВТ6 и ВТ9. Задача состоит в том, чтобы оптимизировать использование материала и добиться высоких ТТХ.