A indústria de drones está sob pressão de várias direções ao mesmo tempo. Espera-se que os fabricantes avancem mais rapidamente, façam iterações com mais frequência, escalem a produção sem comprometer excessivamente o capital e construam cadeias de abastecimento que sejam facilmente identificáveis, seguras e resilientes. Cada vez mais, essas pressões estão a forçar a repensar a forma como os drones são concebidos e fabricados, e não apenas como voam.
Esse desafio é exatamente o que a equipe de drones da HP Additive Manufacturing, com sede em Barcelona, se propôs a explorar em seu projeto mais recente. A equipe desenvolveu uma aeronave completa para explorar o que se torna possível quando a engenharia aeroespacial e a fabricação aditiva são projetadas juntas desde o início.
“Desenvolvemos este drone para demonstrar até onde você pode chegar com a tecnologia”, disse Clara Quinquilla, gerente do segmento de drones da HP. “Tratava-se de combinar o conhecimento de drones com profundo conhecimento de fabricação aditiva e ver quanto desempenho e flexibilidade poderíamos desbloquear.”
Projetando com o processo de fabricação em mente
Desde o início, o projeto reuniu engenheiros de projeto e engenheiros aeronáuticos trabalhando lado a lado, com a fabricação aditiva tratada como uma capacidade central de projeto, em vez de uma etapa de produção posterior.
O resultado é um UAV de asa fixa de 1,5 metros projetado especificamente em torno do que as plataformas de fabricação aditiva da HP podem fazer na produção. Ao compreender detalhadamente a aerodinâmica e o processo de impressão, a equipe conseguiu ajustar os designs com rapidez e eficiência.
“A jornada do design tem sido incrível”, disse Quinquilla. “Houve três iterações diferentes em três meses. Isso é algo que normalmente levaria aos fabricantes muito mais tempo e muito mais dinheiro.”
Esse ritmo foi alimentado tanto pelo entusiasmo da equipe quanto pela própria tecnologia. Os engenheiros trabalharam até tarde da noite, testaram agressivamente e ajustaram projetos em ciclos curtos, ampliando os limites do processo enquanto aprendiam com cada voo.
Aproveitando o melhor de cada tecnologia de fabricação
Uma conclusão importante do projeto é que nenhum método de fabricação é ideally suited para todas as partes de um drone. Em vez disso, a equipa da HP concentrou-se na combinação de tecnologias, cada uma utilizada onde proporcionasse maior valor.
O drone usa hastes de fibra de carbono prontas para uso como esqueleto interno, proporcionando resistência e rigidez a baixo custo. A fuselagem externa é produzida usando a tecnologia de fabricação aditiva da HP.
“É difícil produzir formas complexas em fibra de carbono”, disse David Mazo, líder do grupo de engenharia aeroespacial da HP Additive Manufacturing. “Portanto, usamos hastes padrão que só precisamos cortar. Obtemos resistência e vantagem de custo, e então usamos nossa impressora e materials para tudo que não suporta a carga estrutural principal.”
Esta abordagem híbrida permite que os engenheiros explorem a fibra de carbono onde a rigidez é mais importante, ao mesmo tempo que contam com a fabricação aditiva para estruturas leves e geometrias complexas que de outra forma seriam difíceis ou caras de produzir.
“Aproveitamos o melhor de cada tecnologia”, disse Mazo. “Um nos dá força e eficiência de custos, e o outro nos dá liberdade de forma e leveza. Foi isso que fizemos com este drone e é o que estamos fazendo com os projetos dos clientes.”
Apresentando capacidades de impressão ultrafina
O drone também destaca um dos mais recentes avanços na fabricação aditiva da HP: a capacidade de produzir peças extremamente finas e consistentes em escala.
“A plataforma 5600 da HP permite aos usuários ajustar o processo de impressão”, disse Quinquilla. “Ao ajustar a espessura, você pode produzir peças com menos de 0,5 milímetros. Esse é um verdadeiro diferencial.”
Essas estruturas finas são produzidas com materiais de poliamida já comuns na fabricação de drones, tornando os resultados diretamente relevantes para aplicações no mundo actual. A capacidade de reduzir a espessura do materials sem sacrificar a durabilidade traz benefícios claros para redução de peso, eficiência aerodinâmica e desempenho geral.
Iteração na velocidade das ideias de engenharia
Para a equipe de Barcelona, um dos aspectos mais estimulantes do projeto foi a velocidade da iteração. Os fluxos de trabalho de fabricação tradicionais geralmente envolvem longos atrasos entre o projeto, as ferramentas, os testes e o redesenho. A fabricação aditiva comprime dramaticamente esses ciclos.
“Com os moldes, é preciso desenvolvê-los, testá-los e depois redesenhá-los”, disse Mazo. “Em vez de ciclos que levam semanas, estamos falando de meses. Essa é uma enorme barreira quando você tenta avançar rápido.”
Essa velocidade foi importante à medida que a equipe ultrapassava os limites técnicos. Os primeiros testes de voo revelaram áreas onde a rigidez poderia ser melhorada, e os engenheiros responderam redesenhando e reimprimindo peças em vez de começar tudo de novo.
“Como engenheiro, muitas vezes você espera seis meses para ver como algo funciona”, disse Mazo. “Aqui, estávamos impulsionando a tecnologia, aprendendo rápido e fazendo mudanças quase imediatamente. Houve madrugadas, mas também muitos momentos excelentes.”
Quinquilla descreveu a recompensa: “Vendo como funciona, as peças se encaixam. É muito suave, muito rápido, realmente impressionante.”
Dimensionamento sem bloqueio
Além da iteração, o projeto foi concebido para explorar volumes de produção realistas. A equipe da HP vê a manufatura aditiva como especialmente adequada para a produção de médio porte, onde os custos com ferramentas podem, de outra forma, impedir a inovação.
Para pequenos quadricópteros, uma única impressora pode suportar a produção de mais de 7.000 unidades por mês. Para um UAV de asa fixa de 1,5 metros, uma impressora pode produzir cerca de 100 fuselagens por mês. Sistemas maiores podem ser produzidos a taxas mais baixas, ao mesmo tempo que suportam centenas de sistemas completos mensalmente.
“Abaixo desses volumes, não é possível nem justificar os moldes”, observou Mazo. “Acima deles, você pode começar a misturar peças impressas com moldagens onde fizer sentido.”
Construindo cadeias de suprimentos que dobram, e não quebram
A resiliência da cadeia de abastecimento tornou-se uma preocupação determinante para os fabricantes de drones, especialmente à medida que as empresas reconsideram onde e como os seus produtos são construídos para satisfazer os critérios de compra em evolução. A manufatura aditiva oferece uma maneira de localizar a produção sem duplicar fábricas inteiras.
“Para empresas fora dos EUA, algumas estão pensando se deveriam mover a fabricação de moldes para mais perto de seus clientes ou aproveitar as máquinas HP já instaladas”, disse Mazo. “Essa abordagem oferece mais resiliência e permite colocar a fabricação mais perto de onde os drones são usados.”
“Não se trata apenas de quão rápido podemos iterar”, acrescentou Quinquilla. “É também uma questão de quão rápido você pode produzir peças, porque você pode produzir o que precisa, onde precisa.”
Essa flexibilidade também suporta a fabricação integrada e em nível de campo, incluindo a capacidade de reparar ou adaptar drones mais perto da implantação.
Um conjunto de ferramentas para empresas de drones em rápida evolução
A HP deixou claro que não está entrando no mercado de drones como fabricante. O objetivo é ajudar outros a se moverem mais rápido e com menos restrições.
“Estamos aqui para ajudar as pessoas a desenvolver e produzir drones”, disse Mazo. “Não estamos aqui para vender nossos drones. Estamos mostrando que esta é uma tecnologia realmente viável.”
A HP é especializada na transição da fabricação aditiva de aplicações de nicho para a produção em massa em escala industrial. Em colaboração com líderes industriais de classe mundial, a empresa trabalha para transformar e regionalizar as cadeias de abastecimento globais. Para os fabricantes de drones, isso significa aproveitar plataformas industriais comprovadas para alcançar uma produção repetível e econômica em escala.
Num sector onde a agilidade outline cada vez mais a competitividade, o trabalho desenvolvido pela equipa de drones da HP aponta para uma mudança mais ampla: a produção está a tornar-se uma vantagem estratégica, permitindo aos fabricantes de drones testar ideias mais rapidamente, responder aos clientes mais rapidamente e manter a inovação a avançar ao ritmo da ambição da engenharia.
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Miriam McNabb é editora-chefe da DRONELIFE e CEO da JobForDrones, um mercado profissional de serviços de drones, e uma observadora fascinada da indústria emergente de drones e do ambiente regulatório para drones. Miriam escreveu mais de 3.000 artigos focados no espaço comercial de drones e é palestrante internacional e figura reconhecida no setor. Miriam é formada pela Universidade de Chicago e tem mais de 20 anos de experiência em vendas de alta tecnologia e advertising and marketing para novas tecnologias.
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Twitter:@spaldingbarker
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