Разработка трехмерной модели поисково-спасательного дрона с применением технологии 5D-печати

В Сибирском государственном университете геосистем и технологий разработана трехмерная модель поисково-спасательного дрона с применением технологии 5D-печати.

– Разработка трехмерной модели поисково-спасательного дрона с применением технологии 5D-печати являлась моей выпускной квалификационной работой, вследствие чего был получен огромный опыт в области моделирования и использования аддитивных технологий. Существующие дроны имеют сложности в производстве и высокие затраты на изготовление, что снижает их доступность для широкого использования. В условиях поисково-спасательных операций возникает потребность в замене поврежденных деталей, а традиционные методы производства не всегда позволяют реализовать модульность и обеспечить быструю замену компонентов, – рассказала разработчик Анна Малеева, выпускница направления «Информационные системы и технологии».

Студентка провела большую работу. Ею выполнен анализ способов разработки модели и технологии печати. В качестве программного обеспечения для разработки трехмерной модели дрона был выбран T-FLEX CAD, а для изготовления полученных деталей применялся пятиосевой принтер Stereotech HYBRID 530, отличающийся тем, что на нем можно печатать как в режиме 3D, так и в 5D. В работе применялась технология FDM печати, подразумевающая создание объектов при помощи послойного нанесения расплавленного материала. Технология 5D-печати расширяет возможности классической 3D-печати за счет добавления двух дополнительных степеней свободы. Благодаря возможности нанесения материала под различными углами, обеспечивается уникальная прочность деталей, способность выдерживать повышенные нагрузки без увеличения их массы, а минимизация поддержек обеспечивает экономию времени и материала.

Перед началом моделирования были подобраны следующие комплектующие: полетный контроллер, аккумулятор, двигатели и камера, так как знание размеров и формы позволит точнее спроектировать корпус дрона и внутренние отсеки для их размещения.

По словам разработчика, моделирование каждой детали начиналось с тщательного планирования и эскизирования. Особое внимание уделялось точкам крепления и отверстиям для обеспечения надежного соединения между частями дрона. Каждый элемент модели разрабатывался с учетом его взаимодействия с другими компонентами и общей структурной целостностью. Спроектированы две основные платформы: нижняя, к которой крепится подвес для камеры и верхняя, на которой будет располагаться полетный контроллер. Между этими платформами будет размещен аккумулятор, обеспечивающий питание всех систем дрона. Для лучей предусмотрена боковина, а также несколько ребер, позволяющих сделать дрон более закрытым. Кроме того, спроектированы такие элементы как посадочное шасси и трехлопастные винты.

При завершении моделирования всех элементов дрона, их сборки и проверки на совместимость, а также проведения нагрузочных проверок, подтверждающих надежность конструкции, проект был подготовлен к этапу 5D-печати. Файлы экспортированы в STL-формат по заданным настройкам.

Подготовленные файлы загружались в программное обеспечение STE Slicer, где необходимо преобразовать 3D-модель в специализированный язык программирования G-code, читаемый принтером, настраивая определенные параметры под выбранный материал (пластик REC RELAX на основе материала PET-G).

После передачи данных на принтер, необходимо было подготовить его к будущей печати: очистить сопло и откалибровать. STE APP также позволяет проводить мониторинг процесса печати через встроенную камеру, используя персональный компьютер, соединенный через Wi-Fi или кабельное подключение.

После завершения печати всех необходимых компонентов модели дрона, зачастую требуется проведение постобработки для улучшения качества деталей. Напечатанные изделия из PET-G (полиэтилентерефталатгликоля) требуют особого внимания на данной стадии. Постобработка включает в себя несколько ключевых этапов: удаление поддержек, шлифовка и сглаживание поверхности, применение дополнительных покрытий, проверка и подгонка.

На заключительном этапе осуществлялась сборка физической модели дрона. Все подготовленные детали соединялись согласно проектной документации. При этом использовались заранее предусмотренные элементы, такие как винты М3 и гайки. В результате, было изготовлено 52 детали: общее время беспрерывной печати составляет 87 часов 3 минуты.

Таким образом, моделирование каждой детали по отдельности позволит значительно ускорить процесс восстановления дрона после поломок или повреждений, а применение технологии 5D-печати позволит не только снизить затраты на изготовление дрона, но и значительно повысить его модульность и адаптивность к различным условиям эксплуатации. Пластик PET-G способен выдерживать высокие температуры и не подвержен воздействию влаги, что делает его подходящим выбором для использования в различных погодных условиях. Высокая ударопрочность обеспечивает долговечность и надежность дрона, минимизируя риск поломок при физических контактах.

Результаты работы были представлены на LXXII Региональной студенческой научной конференции, а также на XX международной выставке и научном конгрессе «Интерэкспо ГЕО-Сибирь». Принята статья в сборник материалов «Перспективные решения в сфере информационно-коммуникационных технологий и кибербезопасности».

Разработка была апробирована, а также получен акт внедрения. Разработка передана на кафедру, в дальнейшем планируется подключить всю заранее предусмотренную электронику и запустить дрон в поисково-спасательных целях.