En tant que nouvelle utilisatrice de drones, je subis souvent des crashs à cause de mon manque d'expérience du pilotage. Les cadres en plastique bon marché disponibles en ligne ne permettent pas la moindre erreur lorsqu'on s'écrase contre des objets fixes à grande vitesse. Comme la partie la plus susceptible d'être endommagée lors d'un accident est le cadre, j'ai voulu créer mes propres cadres robustes. Pour les rendre encore plus durables, j'ai choisi de les fabriquer en fibre de carbone plutôt qu'en plastique.
Pourquoi WAZER a été la solution
La machine WAZER peut facilement découper un large éventail de matériaux différents. L'un de ces matériaux est la fibre de carbone, qui est connue pour être un matériau très difficile à découper avec précision tout en obtenant une finition propre. En utilisant la WAZER pour la découpe au jet d'eau de la fibre de carbone, il n'est pas nécessaire de sous-traiter ou de payer des pièces préconçues. En outre, la fibre de carbone de 4 mm est souvent très difficile à usiner à l'aide d'une fraiseuse CNC en raison du nombre de passages nécessaires pour découper la forme souhaitée. La WAZER réduit considérablement le temps de découpe puisque le dessin est coupé en une seule passe. Grâce à WAZER, j'ai pu découper un tout nouveau cadre en plusieurs parties pour mon drone en moins d'une journée à partir de plusieurs épaisseurs de fibre de carbone.
Comment couper la fibre de carbone avec une grande précision
La conception du cadre d'un drone comprend la création de nombreux trous pour le montage de l'électronique ou l'assemblage des pièces. Cela nécessite de découper la fibre de carbone de manière très précise. Afin d'éviter tout problème au niveau des trous de vis ou de boulons, je me suis contenté de marquer l'emplacement des trous plutôt que de découper les trous réels à leur diamètre final. Cette opération est réalisée à l'aide du logiciel de CAO que j'ai choisi d'utiliser. En faisant en sorte que le diamètre des trous corresponde à la taille de l'entaille du flux de découpe WAZER, le logiciel de découpe WAM traduira cela en un "perçage", marquant l'emplacement exact des trous pour un perçage ponctuel ultérieur. Cela permet de s'assurer que les petits trous nécessaires à l'assemblage ont la bonne taille finale et qu'il n'y a pas de problème de délamination des bords, ce qui affaiblirait l'assemblage.
Considérations clés en matière de conception
D'une manière générale, la géométrie d'un quadricoptère est la suivante : il faut 4 nœuds sur lesquels seront montés les moteurs. La disposition de ces 4 nœuds de montage peut varier. Comme on peut le voir dans l'image ci-dessous, les quadricoptères ont cinq conceptions typiques. Dans ma conception, j'ai décidé de concevoir le cadre du quadricoptère comme un True-X car c'est l'une des dispositions de nœuds les plus courantes utilisées dans les kits de drones commerciaux.
Lors de la conception du cadre, la taille de chaque composant a été prise en compte. Il était important de savoir exactement où chaque composant allait être monté afin de faire les trous appropriés pour visser les pièces sur le cadre. Les schémas des moteurs, du contrôleur de vol, de la batterie et de la carte PDB ont été essentiels pour déterminer l'emplacement et la distance des trous afin que les composants puissent être solidement fixés pour le vol.
Pour maximiser la surface utilisable lors de la découpe de la feuille de fibre de carbone, la géométrie du drone a été simplifiée en décomposant la forme en "X" du cadre en plusieurs petites pièces. Les bras ont été modélisés pour être vissés en place sur une plaque de base. La plaque de base est moins épaisse que les bras et sera renforcée par du titane pour éviter qu'elle ne se brise en cas de collision.
Le concept final
Après avoir examiné les pièces individuelles et déterminé l'emplacement de chacune d'entre elles, le design des plaques supérieures et inférieures en fibre de carbone a été déterminé.
Découpe
J'ai utilisé deux épaisseurs de fibre de carbone. J'ai utilisé une fibre de carbone de 2,5 mm pour les plaques supérieure et inférieure afin de réduire le poids total. Pour renforcer la surface de la plaque inférieure qui est boulonnée aux bras, j'ai coupé une entretoise en titane sur le WAZER qui a également abaissé le centre de gravité du drone plus près de la hauteur des moteurs. J'ai utilisé de la fibre de carbone de 4mm pour les bras du rotor car ils ne sont pas très larges et ont tendance à absorber le plus de force en cas de crash. En utilisant de l'acier inoxydable, j'ai découpé quatre pieds d'atterrissage pour chaque bras du drone.
Post-traitement et assemblage
La majeure partie du post-traitement des pièces découpées a consisté à percer les différents trous de 3 mm pour les boulons M3. Une fois tous les trous percés, tout a été assemblé. Différentes longueurs de boulons M3 ont été utilisées en fonction de l'épaisseur de la fibre de carbone à boulonner. Pour espacer les plaques inférieure et supérieure, j'ai utilisé des supports en plastique standard, qui peuvent être facilement remplacés si quelque chose devait leur arriver.
Pour améliorer la finition de la surface des pièces en fibre de carbone, j'ai utilisé un spray mat transparent pour créer une brillance uniforme.
Le cadre de base sans le renfort en titane pesait 117g. Avec le renfort en titane en place, il pesait 140g, ce qui est dans la fourchette acceptable pour les pales de moteur que j'ai utilisées.
Pour la gestion des câbles, les colliers de serrage sont le moyen le plus léger et le plus facile de fixer tous les fils, et du Velcro a été utilisé pour fixer la batterie LiPo au bas du drone.
Une fois le drone complètement assemblé, je l'ai sorti un jour de météo clémente et j'ai pu profiter de plusieurs heures de vol sans problème. Même en cas d'atterrissage brutal et d'égarement dans les arbres, les performances étaient meilleures que celles de l'alternative disponible dans le commerce, et j'étais sûr de pouvoir remplacer facilement toute pièce endommagée à l'avenir.
Je vous encourage vivement à sortir des sentiers battus et à fabriquer quelque chose d'unique pour tester vos compétences en matière de conception et de fabrication.
Article issu du blog Wazer, écrit par Athina Bellonia, traduit en français par ERM Fab&Test