La impresión 3D en el desarrollo y la producción de drones

La impresión 3D en el desarrollo y la producción de drones

11/08/2021

La tecnología ya está siendo explorada y se destaca en varios sectores, y algunas empresas están aprovechando esta oportunidad para optimizar sus procesos e incluso ofrecer un servicio cada vez mejor a sus clientes. El gigante AMAZON, por ejemplo, utiliza drones para realizar las entregas, mientras que otras empresas de seguridad y monitoreo utilizan pequeños aviones no tripulados para operaciones tácticas y de vigilancia.

Los vehículos aéreos no tripulados (UAV), comúnmente conocidos como drones, son aeronaves que, a diferencia de los aviones o los helicópteros, no requieren que los pilotos a bordo se guíen; se controlan a distancia y, a menudo, están equipadas con cámaras de alta calidad.

 Lo que quizás no sepas es que la impresión 3D puede ser una herramienta sumamente útil en los proyectos de fabricación de estas aeronaves, tanto en el desarrollo de prototipos, la iteración de diseños o incluso en la producción del producto terminado. 

Para empezar, la palabra drone tiene un origen inglés y en la traducción significa «dron». Para entender su funcionamiento, la mejor asociación que se puede hacer es con los antiguos carros de control remoto, ya que los drones funcionan según el mismo principio que los juguetes, y se conducen a través de un mando a distancia que envía comandos a la aeronave a través de ondas de radio.

A pesar de causar sensación en varios sectores, los drones son mucho menos recientes de lo que muchos piensan. El modelo tal como lo conocemos hoy comenzó a usarse en la Segunda Guerra Mundial para realizar funciones que ponían en riesgo la vida de los soldados, como el reconocimiento y la cartografía de territorios. Hoy en día, su uso se ha expandido y muchas empresas utilizan drones en varios segmentos de la cadena de producción e incluso con fines personales y de entretenimiento.

Principales aplicaciones de la tecnología

El uso de drones está transformando profundamente sectores como la logística, la agricultura, la seguridad y la ingeniería, puesto que ya asumen tareas complejas y reducen los costos operativos. Un estudio de mercado realizado por DroEng, una empresa especializada en cursos de formación, mostró que cada industria tiene sus necesidades específicas y, en consecuencia, requiere diferentes tipos de soluciones impulsadas por drones. Algunos segmentos valoran la velocidad y la capacidad de carga útil, mientras que otros se centran en proporcionar imágenes de alta calidad y datos en tiempo real de forma rentable.

Según datos de Clarity from Above, un informe elaborado por PwC, el mercado relacionado con el uso de drones generó oportunidades de negocio por valor de más de 127 mil millones de dólares en el año 2020. Según la UE, se espera que el mercado alcance los 10 000 millones de euros en Europa en 2025.

En Brasil, el uso de drones con fines profesionales se reguló en 2017, y hoy hay más de 63.000 personas y empresas registradas en la ANAC para operar aeronaves no tripuladas. Se estima que la sucursal ya genera más de 500 millones de reales en diversas operaciones en el país. Según una investigación realizada por CallDrone, una empresa que opera con alta tecnología de drones y cursos de formación de pilotos, los ingresos del mercado nacional de drones se dividen de la siguiente manera:

41% - Infraestructura

26% - Superficie agrícola

10% - Logística

8% - Servicios de seguridad

7% - Entretenimiento

5% - Compañías de seguros

3% - Empresas mineras.

El mismo estudio mostró que las mejores oportunidades para quienes invierten en este mercado aquí en Brasil se encuentran en el área de la ingeniería, que abarca los servicios de infraestructura, agricultura y minería. Esto se debe en gran parte a la vasta extensión territorial del país, a la alta calidad de las producciones agrícolas, al gran volumen de extracción de minerales y al potencial de proyectos de construcción.

A continuación se detallan algunas de las principales aplicaciones de esta tecnología en la actualidad:

Transporte y logística: La entrega con drones es un servicio logístico para cargar y descargar mercancías, que corresponde a la tarea que realizan hoy en día los operadores humanos y sus módulos de transporte. En otras palabras, el dron recoge el artículo en el punto A y lo entrega en el punto B. Además de ahorrar, la modalidad ofrece un servicio de entrega corto, ligero y rápido.

Agricultura: La tecnología permite monitorear toda la extensión de la plantación e incluso obtener información como la capacidad de retención de agua en el suelo, la tasa de crecimiento y la detección de enfermedades de una planta a más de 200 metros de distancia.

Campañas publicitarias: el uso de drones aumenta la producción con diferentes enchufes y detalles que solo serían posibles con el uso de aviones grandes (helicópteros). 

Seguridad y monitoreo: El dron se puede usar para operaciones en las que se requieran imágenes detalladas del lugar, la región, las personas y las grandes multitudes, y la fácil ubicación de los objetos en función de la altura que se puede obtener. 

Industria y construcción: El dron puede llegar donde nadie podría llegar, eliminando los riesgos de accidentes laborales, cubriendo áreas donde el elemento humano no llegaría, revelando detalles únicos de estructura, acabado, fugas, etc. Con este recurso, la industria y la construcción civil ganan en agilidad en la ejecución de imágenes técnicas, dando dinamismo a sus procedimientos de producción y mantenimiento.

Ventajas de la impresión 3D con drones

Como sabemos, la fabricación aditiva ofrece varias ventajas a la hora de crear prototipos o modelos funcionales, y la industria de los drones hace un gran uso de ellas. Las piezas impresas se pueden personalizar por completo, tienen un coste unitario de producción bajo y pueden ser extremadamente ligeras, según el material y los parámetros de llenado de la impresión.

En una entrevista con Sculpteo, el equipo de Svarmi, una empresa dedicada a la fabricación de drones personalizados, reveló que era posible ahorrar un 40% del tiempo de diseño del producto y del proceso de producción, además de reducir el peso total de los drones en un 20% mediante la impresión 3D. Esto significa que, gracias a la fabricación aditiva, las piezas pueden producirse a altas velocidades, probarse y modificarse si es necesario. 

Otra ventaja importante a tener en cuenta es la reducción de los costes de fabricación. La impresión 3D no requiere la fabricación de moldes ni el uso de herramientas de corte, aparte del hecho de que la pieza se produce de forma aditiva (capa por capa), lo que reduce el desperdicio de material. Además, si una pieza se rompe, suponiendo que ya tiene el filamento y una impresora, la creación de la pieza de repuesto puede comenzar sin demora. Aunque muchos minoristas ofrecen la entrega urgente, es probable que no sea tan rápida (ni tan satisfactoria) como imprimir la pieza tú mismo.

Materiales utilizados en la fabricación de drones: desde la creación de prototipos hasta el producto final

Además de ser totalmente personalizadas y tener una baja densidad, las piezas de drones fabricadas mediante impresión 3D se pueden modificar rápidamente. Por lo tanto, la primera versión de algunos componentes se puede producir en PLA, un material de bajo costo y excelente estabilidad dimensional. Por lo tanto, cualquier cambio necesario se puede implementar fácilmente en la siguiente iteración. Una vez definido el modelo, las piezas finales se pueden imprimir en materiales más resistentes y adecuados, como poliamidas y materiales reforzados con fibras de carbono.

Debido a que el dron está constantemente expuesto a la radiación climática y solar, muchos componentes de plástico pueden sufrir una degradación prematura no deseada. Por lo tanto, las piezas que no requieran una rigidez o flexibilidad extremas se pueden producir en ASA, un material muy similar al ABS, desde un punto de vista mecánico, con la ventaja de tener una excelente resistencia a la radiación UV.

El material que más verás en los drones (especialmente en los modelos de minicuadricópteros) es el TPU. Debido a su alta flexibilidad y capacidad de deformación, el TPU absorbe la energía del impacto y protege los componentes a los que está conectado. Además, puede absorber las vibraciones, mejorando la calidad de las imágenes grabadas durante los vuelos. Las partes principales impresas con TPU son los parachoques, los protectores de las hélices, las cámaras y las antenas.

En algunos casos, los protectores de la hélice también se pueden imprimir en nailon, un material que es más resistente al desgaste por impacto y abrasión que el TPU, y que aún conserva algunas propiedades de flexibilidad.

Para aplicaciones que requieren rigidez y alta resistencia mecánica, como fuselajes y carcasas de protección personalizadas, se recomienda el nailon reforzado con fibra de carbono. Este material mantiene algunas de las ventajas del nailon puro, como su resistencia al impacto y la rigidez de las fibras de carbono. También es más fácil de imprimir, ya que tiene una menor tendencia a deformarse y se adhiere mejor a la mesa de impresión.

Reflexiones finales

El uso de la tecnología de drones ya es una realidad en varios segmentos, como la agricultura, el transporte y la logística, la seguridad y la construcción civil. Empezamos a observar cómo las empresas brasileñas se beneficiaban de la impresión 3D en sus proyectos, ya fuera para validar prototipos o fabricar componentes específicos del producto final. 

Entre los materiales utilizados, destacan los filamentos de TPU, nylon, ASA y nylon reforzados con fibra de carbono. La elección del material dependerá de las propiedades específicas del componente a producir, que puede ser rígido, flexible, resistente a la radiación UV o únicamente para la validación física del prototipo. 

La capacidad de producir componentes personalizados, sin necesidad de moldes ni herramientas de corte, sumada a la amplia gama de materiales de alto rendimiento disponibles, convierte a la fabricación aditiva en una técnica extremadamente adecuada para esta aplicación. ADDITIVA 3DPS ofrece en su cartera de filamentos Ultrafuse® de BASF varios materiales de ingeniería que cumplen con los requisitos para la fabricación de drones:

PLA Ultrafuse®

Ultrafuse® PLA PRO1

PET Ultrafuse®

Ultrafuse® ASA

TPU Ultrafuse® 85A

PA Ultrafuse®

Ultrafuse® PET CF15

Ultrafuse® PAHT CF15

Para obtener más información sobre los materiales, sus propiedades y aplicaciones, comuníquese con nuestro equipo de especialistas a través del sitio web www.additiva3d.com.br o a través de nuestras redes sociales en @additiva3dprinting

Referencias: https://transporte.rodojacto.com.br/entrega-por-drones-ja-e-uma-realidade-brasileira/