Étude de cas : Optimisation d'un châssis de drone conçu de manière générative à l'aide de l'impression 3D Multi Jet Fusion

Introduction

Cette étude de cas décrit étape par étape le développement d'un châssis de drone conçu de manière générative, en mettant l'accent sur la réduction du poids et l'amélioration des performances structurelles. Grâce à l'imprimante haute précision HP Multi Jet Fusion 5200, nous avons peaufiné notre premier prototype afin d'obtenir un meilleur équilibre entre poids, résistance et flux d'air.

Arrière-plan

Le châssis d'origine a été construit dans Autodesk Fusion 360 à l'aide de son outil de conception générative. L'objectif était de le rendre aussi robuste que possible tout en exploitant la flexibilité géométrique offerte par l'impression 3D Multi Jet Fusion (MJF). Si le premier modèle s'est avéré solide et rigide, il manquait de légèreté. Pour la deuxième version, l'objectif était donc de réduire significativement le poids tout en conservant une robustesse suffisante pour un vol fiable.

Objectifs clés

• Réduisez le poids total du cadre sans compromettre la résistance.

• Répartissez les charges plus efficacement pour maintenir un comportement flexible prévisible.

• Nettoyez l’aérodynamisme en supprimant les matériaux qui perturbent le flux d’air.

• 
  

Analyse de la version 1.0 Ce qui a fonctionné :

• Précision dimensionnelle : tous les points de montage et les trous étaient exactement là où ils devaient être.

• Conception du support de batterie : s'intègre parfaitement sans provoquer de forces de flexion étranges.

• Renforcement structurel : Les longerons reliant les bras au support de batterie ont beaucoup aidé à la protection contre les collisions.

• Attrait esthétique : Le cadre était beau et avait un design épuré et fonctionnel.

  
  

Ce qui n'a pas fonctionné :

• Trop lourd : malgré l'utilisation d'une conception générative, le cadre s'est avéré plus lourd que ce que nous souhaitions.

• Sections surconstruites : certaines zones ont été renforcées plus que nécessaire, ajoutant du volume sans grand avantage.

• Flexion du bras arrière : en vol, les bras arrière se tordent légèrement, perturbant l'alignement du moteur et réduisant l'efficacité.

• Flux d'air bloqué : certaines pièces structurelles avant gênaient les hélices, nuisant aux performances.

  
  

Analyse des causes profondes Voici ce qui a conduit aux problèmes :

• Paramètres de conception générative : l'utilisation du paramètre « Minimiser la masse » a conduit à l'ajout de davantage de matériau pour lutter contre la flexion, ce qui s'est retourné contre l'objectif d'économie de poids.

• Forces estimées : Nous avons basé les simulations sur des estimations approximatives plutôt que sur des données de vol réelles, nous avons donc fini par renforcer excessivement le cadre.

• Modifications de post-traitement : certains ajustements manuels dans Blender ont introduit des points faibles que nous n'avions pas prévus.

  
  

Approche révisée pour la version 2.0 Pour résoudre ces problèmes, nous avons apporté quelques modifications clés :

• Objectif de conception mis à jour : passage à « Maximiser la rigidité avec un poids cible » pour mieux équilibrer la résistance et le poids.

• Définissez un objectif de poids clair : nous avons ciblé un poids final de 12 grammes, basé sur des comparaisons avec d’autres cadres imprimés FDM et sur ce que nous avons appris de la v1.0.

• Meilleures estimations de force : nous avons utilisé des estimations de force plus précises qui correspondaient mieux aux conditions de vol réelles.

  
  

Mise en œuvre Avec ces mises à jour, nous avons créé une nouvelle conception générative dans Fusion 360. Voici ce qui en est ressorti :

• Atteignez l'objectif de poids : le cadre pèse désormais 12 grammes, exactement dans la cible.

• Améliorations du bras arrière : la flexion est désormais prévisible et contrôlée, ce qui contribue à maintenir la stabilité des vols.

• Meilleure aérodynamique : les structures avant ont été réduites, améliorant ainsi le flux d'air autour des hélices.

• Conception prête à imprimer : le cadre a été optimisé pour l'impression Multi Jet Fusion, en utilisant la capacité du processus à gérer des détails complexes.

  
  

Résultats et principales conclusions

• J'ai mesuré le poids : le poids final était exactement de 12 grammes.

• Bon rapport résistance/poids : le cadre a conservé sa résistance tout en se débarrassant de matériaux inutiles.

• Performances de vol améliorées : la flexion contrôlée du bras a conduit à un meilleur alignement du moteur et à une poussée plus efficace.

• Flux d'air propre : en réduisant la quantité de matière aux mauvais endroits, nous avons amélioré les performances aérodynamiques.

  
  

Conclusion et suite

Ce projet montre comment affiner une conception par itérations, et combiner ces améliorations à des outils performants comme la conception générative et l'impression 3D Multi Jet Fusion, peut aboutir à un châssis de drone léger et hautement performant. Pour la prochaine version, nous prévoyons d'utiliser des données de vol réelles pour optimiser la précision de nos simulations de charge et explorer des solutions pour améliorer l'aérodynamisme et la résistance aux chocs du châssis.

---

Tempus 3D est une entreprise d'impression 3D certifiée HP située en Colombie-Britannique, au Canada. Tempus propose des services d'impression 3D utilisant les technologies HP MJF , Sinterit SLS et Formlabs pour produire du Nylon PA 12S, du TPU et une grande variété de résines, dont de la résine transparente, en interne. Tempus dessert des clients partout au Canada et aux États-Unis et propose une livraison le lendemain dans la plupart des régions de l'Ouest canadien et du Nord-Ouest Pacifique, notamment à Vancouver, Calgary, Edmonton, Kelowna, Victoria, Spokane, Seattle et Portland.