3D tisk a coptery třídy 250

Jednou ze zajímavých oblastí využití 3D tiskárny je možnost výroby rámů na modely multicopterů. V následujícím článku se pokusím shrnout své zkušenosti pro oblast v současnosti populární třídy “FPV Race 250”.



Úvodní předpoklady
Metoda 3D tisku se postupně stává běžnou rutinou, použitelnou v řadě oblastí. Coptery nejsou žádnou výjimkou, zejména právě třída 250, kde není příliš velký problém s limity velikosti tiskové plochy.
Pro dobrý výsledek si je nutno uvědomit, v čem jsou silné a slabé stránky technologie ve srovnání s obvyklým frézováním ze skla či uhlíku. Slabinou je samozřejmě absolutní pevnost - plochá destička o tloušťce 2mm vytištěná z ABS se pevností ani náhodou nevyrovná stejné destičce z uhlíkového kompozitu. Tuto nevýhodu lze ale nekolika způsoby kompenzovat. V první řadě lze vytisknout i “prostorovější” tvar, plochou desku tedy doplnit o žebra, která doplní pevnost při celkem malém nárůstu hmotnosti (klasický princip jeřábové konstrukce). Toto se týká plastu obecně, 3D tisk má ale ještě jednu vlastnost, kterou se zásadně liší od stříkaných plastových dílů, kterou je možnost práce s výplněmi. Jednoduše řečeno, výrobek se vždy tiskne po vrstvách (0,2-0,3mm na vrstvu). Nic nás ale nenutí k tomu, aby vrstvy skryté uvnitř výrobku byly plné, naopak se běžně používá varianta, kdy je výrobek téměř dutá (například jen cca 20% výplně). To ale umožňuje změnit celkový pohled na návrh výrobku - rameno se typicky může navrhnout podstatně tlustší a profilované, při použití menší hustoty výplně přitom ale hmotnost nijak nenaroste, celkové rozložení pevnosti naopak může být velmi vhodné. Proto je narosto reálné metodou 3D tisku vytvořit model, který má lepší poměr hmotnost/pevnost  než model frézovaný ze skelného laminátu a je zhruba rovnocenný uhlíkovému (klady a zápory se liší, tak srovnání není nikdy zcela přesné). V neposlední řadě pak 3D tisk nabízí i variantu “pojmout to úplně jinak, například prostorový trup tištěný jako jeden celek atd.
Navíc ale záhy zjistíte zásadní klad 3D tisku spíše z oblasti psychologické - když u takto pořízeného copteru urazíte rameno, tak to znamená pokrčení rameny a po návratu domů odklepnutí příkazu tisku pro tiskárnu s přímými náklady na díl v jednotkách korun. U “klasického” copteru může být pevnost vyšší, jenže když už dojde k poškození, tak je jednak cena náhradního dílu vyšší a navíc znamená nehoda i pauzu v létání než náhradní díl dorazí. Proto se u 3D tisku v mnoha případech ani není nutné se tolik snažit o maximální odolnost dílů, v jistém smyslu lze některé díly chápat jako snadno obětovatelnou “deformační zónu”…
A nyní ke konkrétním modelům.

Peon 230
Klasická konstrukce, na první pohled nijak atraktivní. Při bližším průzkumu ale zjistíme, že autor návrhu odvedl opravdu dobrou práci, právě s ohledem na specifika 3D tisku. Spodní plato je tedy řešeno “prostorově” a výrazně tím zesíleno, ramena jsou také profilová. Výsledkem je velmi dobrý poměr hmotnosti a pevnosti, model se navíc naprosto bez problémů tiskne. Materiál jednoznačně ABS, v budoucnu lze zkusit i modernější materiály na ramena (XT CF), ale není to nutné.
Můj exemplář na snímcích má mírně prodloužená ramena, nicméně vrtule 6 palců použít není možné s ohledem na délku plata. Možným řešením je namontovat zadní ramena do šípu (styl TBS Discovery), je pak nutno převrtat montážní díry. Toto mám ověřeno, z praxe to ale spíš nedoporučuji a při případné opravě po havárii bych se spíš vrátil k původní délce, vrtule 5 palců zcela vyhovují.
Celkové hodnocení je jasně pozitivní pro nasazení na létání “jen tak” či FPV Race a obecně pro získání zkušeností, v tomto směru jde o ideální volbu.
Peona naopak příliš nedoporučuji zkoušet ve spojení s GoPro/YI či Mobiusem, rám je poměrně malý a rozměry plata stísněný, pro létání s větší kamerou jsou lepší volby.

DR6 Racer
Jde o pěkný příklad copteru, který je pro 3D tisk řešen “úplně jinak”. Autor se ani náznakem nesnažil kopírovat klasické CNC návrhy, vytvořil prostorový trup optimalizovaný na Mobius kameru, motory jsou uchyceny na čtvercovém rámu vytištěném v jednom kuse. Ten je s trupem spojen O-kroužky, uchycení je řešeno tak, že při visu míří nos nahoru, do roviny se trup dostane při rychlém letu. Z hlediska tisku je rám na hranicích možností tiskárny o ploše 20x20cm, ale jde to to, rám je jednoznačně vhodné tisknout z ABS. Trup se o něco lépe tiskne z PLA, z ABS je parametry ještě lepší, ale mohou se objevit problémy při tisku (kroucení).
Moje hodnocení je trochu rozporné. K DR6 mám docela těsný vztah, je to vlastně první quad 250, který mi bez problémů létal, s výkony jsem spokojen. Problém ale vidím v malé univerzálnosti, DR6  je odladěn na Mobius, ale v podstatě nic jiného do něj příliš nesedí. Trup ani nepřekypuje prostorem, osazení je dost stísněné atd. Určitě jde o krásnou ukázku možností 3D tisku, ale otevřeně nejde o konstrukci zcela praktickou.

Hovership MHQ-2
Konstrukce docela zajímavá svým původem, v podstatě jde o komerční návrh, který je ale poskytnut na Thingiverse zdarma a autoři se snaží vydělávat prodejem komponentů pro osazení - proč ne :-)
Koncepce je v “QAV stylu”, na výběr je varianta se zcela odděleným “clean plate” na silenblocích (tedy styl jako u většího QAV500) anebo kompaktnější varianta, kdy jedno plato a silenbloky odpadnou, trochu posun k stylu malého QAV250. K návrhu nemám námitky, asi bych po zkušenostech spodní “čisté plato” vytiskl o milimetr tlustší, jinak ale OK. Ramena sice nejsou optimálně profilová, jsou ale řešena poměrně masivně a při použití menší vnitřní výplně vyjdou pevná a lehká. Ramena jsou dostupná ve verzi pro vrtule 5 palců i delší pro 6 palců, obě jsou dobře použitelná. Copter je navržen se sklopnými rameny, popravdě ale mechanismus mě moc nenadchl a zejména s menšími rameny pro 5inch vrtule doporučuji sklápění vynechat a šrouby dotáhnout napevno (případně upravit plata ještě před tiskem aby se drážky pro sklápění nahradily dírou pro fixní montáž.
Model jsem postavil jako platformu pro focení a filmování pomocí Xiaomi YI, tedy s kompletním clean plate a v tomto ohled jsem absolutně spokojen - potlačení vibrací opravdu funguje a nevidím žádný problém.  Naproti tomu se mi model moc nezdá vhodný pro akrobacii a závody - je to tak trochu “autobus”, který proti Peonu či dále popisovanému Firefly nepřináší žádné výhody. Možná by se dojem trochu posunul vynecháním čistého plata, ale výhody by asi pořád nebyly žádné. Pro focení s lehkým copterem třídy 250 je to ale podle mého názoru nejlepší volba.

Firefly
Jde o propracovaný klon Immersion Vortex. Konstrukce je smíšená - ramena jsou z uhlíkových trubek 12mm, uchycená promyšleným mechanismem pro sklápění. Ke konstrukci klonu nelze mít výhrady, výsledná pevnost i hmotnost je velmi slušná, navíc je opravdu funkční skládání ramen. Tisk je klasický z ABS, asi není nutno shánět nic lepšího. Uhlíkové trubky je vhodné sehnat kvalitnější, vinuté z tkaniny, běžně dostupné “protlačované” (snadno ke koupi třeba u Pecky) nejsou optimální. Nicméně použít jdou také, můj exemplář prozatím létá právě s nimi.
Model létá skvěle a praxe navíc ukázala i velmi nadprůměrnou odolnost při nárazech. Při nárazu se totiž obvykle sklopí rameno, což nedestruktivně spotřebuje nemalou část energie kolize, reálné poškození pak není žádné.
Upozorňuji ale, že stavba modelu není v žádném případě vhodná pro začátečníky! Problém je v tom, že originální Vortex používá elektroniku přesně na míru. Při osazování “klonu” klasickými komponenty narazíme na poměrně stísněný prostor atd. Vyřešit to samozřejmě jde, ale prakticky nezbytnou podmínkou je instalace kompletně pájená (použití NAZE32 bez pinů a kabely přímo na desku), vhodné je i vytvoření propojky USB na míru atd. Pro zkušenějšího modeláře to není nic nepřekonatelného, zapomeňte ale na prosté zasunutí kabelů. Pokud vám nedělá podobné osazení problém, tak lze Firefly plně doporučit. Vhodný je na “race létání”, celkem se ale hodí i pro použití s GoPro/YI.