3D gedruckter Quadcopter

[Tüftelhannes]

Moin Freunde der lustigen Bastelei...
Ich arbeite gerade an einem Projekt in welchem ich einen Quadcopter designe, drucke und durch Iteration versuche zu verbessern.
Das Design ist fertig, allerdings wird es bestimmt im laufe der Erforschung noch bearbeitet.
Ausgestattet werden soll das ganze wenn es mal flugfertig ist, ist Livebild, Telemetrie usw.

Ich weiß nicht ob es wen von euch interessiert, ich bin auf jedenfall für Vorschläge, Ideen oder Erfahrungen offen.
Wenn Interesse besteht werde ich hier für euch Fortschrittsfotos hochladen, außerdem bastel ich so kleine Fortschrittsvideos, die ich gerne poste.

Um euch eine Idee meiner Vorstellung zu ermöglichen hier mal zwei Links zu den ersten beiden Youtube Videos:

Das Design

Der erste Probedruck

freundliche Grüße aus Flensburg,
Tüftelhannes

[Geistesblitz]

Willkommen im Forum

Da hast du dir ja was vorgenommen. Was willst du durch die Iteration eigentlich optimieren und wie gehst du dabei vor? Warum sind die Arme eigentlich gelenkig gelager, oder sieht das nur so aus? Druckst du zum ersten Mal, sieht an sich schon nicht schlecht aus, aber ein paar Stellen wirken noch ein wenig unsauber (zB. der herabhängende Kunststoffaden). Sieht so aus, als gäbe es etwas viele Überhänge.

[Tüftelhannes]

Danke fürs Willkommenheißen!

Ja ich drucke zum ersten mal selbst. Ich habe für das Projekt von der Firma Stratasys einen nagelneuen Makerbot+ mit Smartextruder+ und Filamentflatrate gesponsert bekommen
Durch Iteration möchte ich in Versuchsaufbauten herausfinden, wie viel Gewicht ich einsparen kann, bei ausreichender Stabilität.
Im Allgemeinen geht es um Flugzeitoptimierung durch Gewichtseinsparung und Antriebsstrangauslegung.

Die Arme sind gelenkig gelagert, um das ganze im möglichst "sicheren" und platzsparendem Zustand zu Transportieren.
Größentechnisch muss es mindestens eine Gopro mit Brushlessgimbal tragen können.

Die Hängenden Fäden kommen daher, dass ich versucht habe ohne Supportstruktur zu drucken.
Das nächste mal dann doch lieber mit

Die Überhänge sind gewollt. Ich weiß es ist schwierig zu drucken, aber ich habe mir vorgenommen dass es auch noch geil aussehen soll...

Das ganze ist ein Projekt welches meine Hochschule später als Arbeit veröffentlicht... ich habe gerade angefangen Maschinenbau zu studieren...

[Geistesblitz]

Ok, wie bist du denn auf die Idee für das Projekt gekommen, oder wurde das schon angeboten? Als ich mit dem Maschinenbaustudium angefangen hatte hätte ich mir sowas auch gewünscht, stattdessen gabs nur langweilige Vorlesungen und gemeine Praktikumsleiter...
Dass du da jetzt schon so relativ komplexe Sachen machen kannst ist schon cool, ich hab damals eigentlich noch nicht viel Ahnung von Technik gehabt und hätte mir sowas nicht zugetraut.

[Tüftelhannes]

Das Projekt ist aus Zufall heraus entstanden.
Ich mach seit über 15 Jahren Modellbau und konstruiere und baue immer fleißig manuell alles mögliche was fliegt.
Mein Mitbewohner meinte dann, dass einer der Professoren einen 3D Drucker im Büro stehen hätte und den hab ich dann einfach mal frech angesprochen,
ob ich den nicht zur Realisierung meines neusten Projektes, des Quadcopters benutzen könnte.
Der Prof. konnte mir nur helfen, wenn ich ein Projekt draus mache.
So ist das ganze dann entstanden. Quasi das Hobby mit der Uni verbunden
Das ich dann einen Makerbot gesponsert bekomme hätte ich ja selbst nie geglaubt!

[Phyro]

Interessanter Ansatz.
Ich finde es aber, um ganz ehrlich zu sein, sehr "konservativ".
Das grandiose beim 3d-Druck ist ja gerade, das man nicht mehr in geraden ebenen und Flächen denken muss wie bei Bauteile n die z.b. gefräst werden.
Plastik ist als Material CFK erstmal unterlegen.
Was da dann machbar ist: Topologieoptimierung. Dabei werden Bauteile belastungsoptimiert generiert. Klassische bearbeitung (Fräsen o.ä.) kommt da an die Grenzen, 3D-Druck ist aber perfekt dafür.
Sowas sieht dann z.b. so aus:

http://resources.altair.com/altairadmin ... in_web.jpg

[Tüftelhannes]

Der Denkanstoß zur Topologieoptimierung ist richtig Interessant.
Das werde ich mir mal näher anschauen!
Danke

[Geistesblitz]

Da kannst du dann auch gleich schonmal ein wenig mit FEM anfangen
Hier wurde was ähnliches gemacht:
http://cncprint.blogspot.de/2016/10/der ... ology.html
Im Gespräch mit dem Typen wurde das so gemacht, dass in der FEM-Simulation einfach bei verschiedenen Belastungsfällen die Knoten entfernt, in denen keine oder nur geringe Spannung herrscht, die also im Prinzip überflüssig sind. Ich hatte das dann in Gedanken zumindest noch ein wenig weitergesponnen, man könnte beispielsweise noch für Knoten, welche relativ wenig Spannung unterliegen, so verschieben, dass sie mehr Spannung übernehmen müssen, und das ganze soweit, bis die Spannungsverteilung über dem ganzen Bauteil einigermaßen gleichmäßig ist. Vielleicht lässt sich sowas sogar mit evolutionären Algorithem kombinieren, dass verschiedene Szenarien automatisch nach bestimmbaren Kriterien simuliert und ausgewertet werden, um die Szenarien für die nächste Generation zu ermitteln usw.

Übrigens gibt es auch Filament, welches Glas- oder Kohlefasern enthält, allerdings weiß ich nicht, ob das mit allen Druckern kompatibel ist oder ob man spezielle Düsen dafür braucht. Hier wird das ua. ein wenig vorgestellt:
https://www.youtube.com/watch?v=Zz0Xb35qbIw

[gafu]

die videos sehen ja sehr nach "makerbotreklame" aus.

[Tüftelhannes]

Moin Gafu,
Makerbot hat mir nunmal ein neues Exemplar und das Filament gesponsert... dafür blende ich am Ende doch gerne ein Logo ein

[Julez]

Hi! Wenn es bei diesem Konzept darum geht, was schönes mit dem 3D-Drucker zu machen, dann weiter so.
Wenn es darum geht, was anständig fliegendes zu erhalten, dann Finger weg vom 3D-Druck.

Als Modellflieger alter Schule weiß man "leicht fliegt leicht". Ein schweres Flächenflugzeug fliegt einfach kacke, das merkt man sofort.
Viele Leute, die ohne Flächenflugerfahrungen in die Copterei einsteigen, wissen oft nicht, dass Gewicht absolut und unglaublich schädlich ist. Schwere Copter fliegen zwar dank Computerstabilisierung nicht kacke, dafür aber kurz. Wenn es also darum geht, einen gut und lange fliegenden Copter zu haben, der sich nicht in Windeseile durch einen Berg Akkus brennt, ist 3D-Druck maximal das Mittel der Wahl für einen Kamerahalter, aber nicht für belastete Strukturbauteile. Hier kommen gefräste CFK/GFK Platten zum Einsatz, und 10mm Aluvierkantrohre aus dem Baumarkt. Sieht nicht so toll aus designmäßig, fliegt dafür hervorragend. Hier ein Modell, welches ich konstruiert habe: http://abdrehfaktor.de/abdrehfaktor070.htm
Eure Wahl.

[Tüftelhannes]

Moin Jules,
Ich muss dir da in Sachen 3D Druck wiedersprechen. (ich bau seit 15 Jahren Flächenmodelle in herkömmlichen Bauweisen (Balsa, Styro, negativ-GfK/Kohle laminieren))
Ich habe ein wenig Erfahrung mit Quadcopter und stimme dir voll und ganz zu: je leichter, desto länger fliegt es. Nun muss halt die Stabilität stimmen.
Die "Arme", die ich gedruckt habe, wiegen pro Stück 26 Gramm. Sie sind "Daumen x π" = Biegetest mit meinen Händen durchaus stabil genug.
Ich werde in naher Zukunft wissenschaftlichere Tests durchführen, die Ergebnisse werde ich hier gerne präsentieren.
Ich denke es lässt sich durchaus noch Gewicht einsparen, das werde ich ja erforschen...

Rein rechnerisch:
4x Arme = 4x 26g +1x Rumpf = ca 150g
= 254g

Bei der Annahme dass eine Motor/Regler/Propeller Komi ca 80 Gramm wiegt:
320g Motoren plus ca 80g für Empfänger/APM mini, plus als Beispiel ein ein 5000er 3s Turnigy Lipo: 412g

= 1066g
Rein erfahrungstechnisch würde ich sagen dass der mindestens 20 Minuten fliegt...(Schwebeflug)
oder siehst du das anders?

Grüße
Tüftelhannes

[Raider]

5000er Akku ist zu groß, ich würde eher die klassische Kombo mit 2200mAh nehmen.

Und auch mir ist das Design zu konventionell, du nutzt die Vorteile der Fertigungstechnik nicht aus. Wenn man das gut macht, lässt sich da auf jeden Fall was machen. Ein klassischer Copter mit 25cm 10x10mm Alurohr Auslegern wiegt mit 2200mAh auch seine 800g.

[Geistesblitz]

Wäre es eigentlich nicht sinnvoll die Ausleger in Stabfachwerkbauweise zu bauen? Das ist doch eigentlich optimal, wenn es um Stabilität bei geringem Gewicht geht. Dann mit CFK arbeiten und das sollte kaum noch was wiegen...

[Julez]

Hallo Hannes, ok gut, ich sehe, du hast durchaus die erforderlichen Kenntnisse. Ich war dessen nicht sicher und will halt keinen ins offene Messer rennen lassen, du verstehst.

Geistesblitz: Man muss bei den Armen auch immer bedenken, dass sie sich im Abwindfeld der Rotoren befinden, und daher zumindest keine strömungstechnische Katastrophe sein sollten. Von derartig geformten Armen halte ich z.B. recht wenig.
http://www.dx.com/p/4pcs-hj-diy-quadcop ... AkRPxLSNTA

Die von mir angesprochenen Rohre z.B. haben einen schmalen Querschnitt, wiegen pro cm Länge ca 1g, man bekommt sie von Hand kaum kaputt, sie sind sehr torsionssteif, eignen sich durch ihre flachen Flächen sehr gut zur Befestigung an anderen flachen Flächen wie Motoren oder Zentralplatten, und wenn man sie an diesen mit Nylonschrauben festmacht, geht selbst bei einem Absturz nix ausser eben diesen Schrauben kaputt. Zudem gibt es sie in jedem Baumarkt preiswert, und sie sind innerhalb von 5min fertig abgesägt und gebohrt. Bis jetzt habe ich am Markt noch nix gefunden was annähernd ähnlich gut funktioniert. Am besten finde ich immer noch die Patienten, die teures Kohlefaserrohr verwenden, und den eventuell möglichen Gewichtsvorteil durch massivst gefräste Metallschellen ermorden.
http://www.goodluckbuy.com/cnc-aluminum ... r-red.html
http://www.myrcmart.com/aluminum-motor- ... -8199.html


Ich will jetzt hier weder Threadjacken noch irgendwas schlechtreden, aber der 3D-Druck sollte nicht Selbstzweck sein, und ist für manche Anforderungen schlicht und ergreifend konventionelleren Bauteilen unterlegen.
Mein 250er Quad wiegt mit 2200er Akku 680g, und braucht bei recht leerem 3s Akku 6,8A im Schwebeflug. Hier ein paar Bilder:

http://imgur.com/a/rNi27

Hier eine Vorgängerversion mit Plan zum Download:

https://www.rcgroups.com/forums/showpos ... ostcount=4

Grüße,

Julian

[Kellerkind]

Moin,
das ist einThema nach meinem Geschmack...
Ich experimentiere schon lange rum

meine Ausleger CFK Rundrohr gewickelt + geklebter Motorplatte wiegen mit 2 Halter ca. 7g (14cm.)

Carbon Vierkant 25cm ca. 5g

Ausleger Baumarkt Alu 10mm *1 25 cm ca. 10g

Hobbyking 12,5 ca. 0,8mm Wandung und stärkeres Alu kommen ähnlich weg

Leider kaum eine Chance mit 3D Druck
Aber die Kombination der Materialien lässt etwas fliegbares zu (gerne per PM)

Im Prinzip musst du dich mit soetwas messen

http://impulserc.com/warpquad-string-th ... t-4mm-arms

hier nen Profi der LOS fliegt und einen Eindruck hinterlässt was heute gefordert wird...
https://www.youtube.com/watch?v=Y0byVHihoqM

Gruss Stefan

[Kellerkind]

Moin, achso guck dir mal den neuen von DJI an, da kann man sich auch was abgucken finde ich.

https://www.youtube.com/watch?v=E5TztcikQNI

Ist schon irgendwie technisch der Hammer finde ich.

Die sprechen auch von Industrieplastik usw.

Also da darfste mit Topologie nich sparen

Was mir immer noch so interessant vorkam wenn man evtl. dünne Carbonrohre mitreinzudrucken versucht. Das PLA,ABS oder was auch immer als Schutz und für die Steifigkeit die Carbohnrohre.
Wäre doch was innovatives oder? Dann will ich aber als Erfinder genannt werden

Gruss Stefan

[Tüftelhannes]

Hallo,
Ich arbeite immer noch an der Typologie-optimierungs-Idee
allerdings habe ich nicht das passende Programm für Mac und so bin ich auf meinen Professor angewiesen, der glücklicherweise Erfahrung darin hat.

Das ganze mit dem 3D Drucker und den Vor und Nachteilen ist mir bekannt.
Natürlich wird eine 3D gedruckte Baugruppe nicht genauso steif sein wie eine CFK Platte. Muss sie aber auch für mich garnicht.
Ich versuche die Stabilität durch die Bauform zu gewinnen. Innen liegende Stege usw. Außerdem haben "Ober und Unterseite" Nut und Feder, sodass nach dem Verschrauben die Steifigkeit immens zunimmt.
Da meine Arbeit darüber ist, mit möglichst geringem Aufwand ein Quad zu erstellen... Quasi "über Nacht mal eben ausgedruckt"... ist ausweichen auf Carbonrohre etc. nicht denkbar.
Es soll so viel wie möglich im 3D Druck entstehen.

Ich habe mal ein paar Fotos gemacht von einem der Motorträger.
Nächster Schritt wird neben der Typologie-Sache das Minimieren der Wandstärke sein, um erste Tests durchzuführen.
Momentan ist die Wandstärke 1mm. Gedruckt habe ich mit 0,4mm Schichtdicke, zur Probe.
Ich werde sobald das Design angepasst ist auf höchster Auflösung (0,1mm Schichtdicke) 2 Weitere Ober- und Unterseiten drucken.
1x mit 1mm Wandstärke
1x mit 0,5mm Wandstärke.

Diese drei Prototypen werde ich dann am Gelenk eingespannt auf ihre Steifigkeit überprüfen. und zwar bis sie brechen

Liebe Grüße
Tüftelhannes

Fotos

[Julez]

Resspekt, sieht sehr ordentlich aus! Gehst du da eigentlich auch mit FEM dran, um die Steifigkeit und Materialbeanspruchung vor dem Druck zu rechnen? Vergleich von Simulation und Realität ist bestimmt spannend.

[Weisskeinen]

Bei der Struktur fallen mir die langen, dünnen, sternförmig zusammenlaufenden Streben auf. Ich glaube, dass das nicht ideal ist, müsste man aber mal nachrechnen. Ich würde eher zu kürzeren Wandstücken tendieren, die dann mehr Knotenpunkte haben. Ist aber nur ein Gefühl.
Warum muss das Teil denn in so geringer Schichtstärke (0,1mm) gedruckt werden? Versprichst du dir davon höhere Stabilität? Wenn der Kopter 'über Nacht' gedruckt werden soll, dann wäre eine Optimierung auf große Schichtstärken besser, weil die schneller gedruckt werden.

[Tüftelhannes]

@Weisskeinen:
Das mit der Schichtstärke wird sich hoffentlich im Versuch herausstellen. Ich würde auch viel lieber auf 0,4mm drucken um schneller fertigen zu können.
Die sternförmig zulaufenden Stege sind wegen der Torsionskräfte eingebaut. Sie funktionieren recht gut im Vergleich zu vorher.
Sie laufen diagonal im Arm.
Allerdings kann es sein, dass ich das Design abändere. Ich lese mich gerade in das Thema CAO und SKO ein, um mit meinem Professor daran zu arbeiten, den Computer die Arbeit machen zu "lassen".
Ich werde die Ergebnisse dann hier posten.

[Kellerkind]

Moin,
ja hat doch was.
Ausn Bauch heraus würd ich die Motoraufnahme nicht ganz so hoch machen. Evtl. über Belüftung Motor nachdenken.
Dann würd ich das nach dem Motoraufnahmetopf schneller schmaler werden lassen. Den Mittelteil des Armes etwas dünner und tropfenförmiger (windschnittiger) gestalten. Das find ich ja z.B. einen grossen Vorteil von 3D gedruckten Armen weil man da flexibler ist. Deswegen würd ich das dort schon ausspielen.
und zum Gelenk hin dann dicker auslaufen.
Innen müssten schon längliche Verstärkungen hin, ähnlich wie deine. Ich würd aber in längliche Richtung gestrecktes Wabenmuster gehen.
Aber alles nur meine persönliche "Vorstellung"

Und bitte weiter posten, finds wirklich interessant.

Gruss Stefan

PS: Was für Motoren sollen es denn werden ? Falls noch nicht entschieden guck dir mal das Tiger Airgear 350 set oder das dji 310 set an.

[Tüftelhannes]

Guten Abend,
Ich war am Wochenende wieder fleißig und habe den Rumpf (die Version ohne Topologie) soweit angepasst, dass er ohne Support im 3D Drucker entstehen kann.
nach 3 Versuchen ist er jetzt halbwegs brauchbar ausgedruckt. (Muss aber noch weiter angepasst werden)
Es ist zwar nur die Hälfte, aber zum ausprobieren reicht es
Die Scharniere sind mit 25% infill und 3 "Wandreihen" gedruckt. Bombenfest!
Gewicht ist wie auf den Fotos zu sehen 230g.

So wie es aussieht wird der Quad bis auf die Elektronik zu 100% aus dem 3D Drucker kommen
Ich glaub ich versuche sogar die Schrauben wegzulassen und eine "Einrastsverbindung" zu realisieren...

aber schaut selbst:

Schönen Sonntag,
Tüftelhannes

[Raider]

Schick ist er schonmal Aber ich stelle mal so in den Raum, gerade an den Scharnieren zu unterdimensioniert... Das ist nicht steif genug und ein Copter, der nicht steif genug ist, fliegt einfach beschissen.

Aber mach mal, probieren geht über studieren.

[Tüftelhannes]

Moinsen,
Ich habe es geschafft ein wenig weiter zu kommen.
Der Akku wird in einem Gehäuse untergebracht, welches dann "eingeschoben" werden kann.
Ich finde das ganz nett, da ich eine Ladestation bauen möchte. Quasi wie bei den Phantomen...
Außerdem habe ich den Rumpf so abgeändert, dass er bald druckbar ist.
Da Fotos ja mehr sagen als alle Worte:


Schönes Wochenende,
Tüftelhannes

[Weisskeinen]

Aus Gewichtsgründen würde ich entweder das Akkugehäuse weglassen oder dem eine tragende Funktion geben. Sonst ist das eigentlich nur toter Ballast...