Hacker do mês de janeiro de 2016 – Freebird Flight

A tecnologia e os mais recentes devices sempre foram do meu interesse, mas ficaram confinados a hobbies durante meu limitado tempo livre como analista financeiro por quase 20 anos. Decidi tirar algum tempo daquele mundo no início de 2014, depois que os efeitos da crise financeira de 2008 minaram a indústria de muitas das mentes brilhantes que me atraíram em meados dos anos 90. Eu esperava liberar minha criatividade no desenvolvimento de algo novo onde pudesse fazer a diferença e estava animado por finalmente ter algum tempo para fazer isso.

Naturalmente, me interessei pela impressão 3D e comprei uma impressora Cubex. Comecei a aprender sozinho como fazer impressões básicas com o software program pronto para uso, mas emblem descobri o Fusion 360 da Autodesk e rapidamente comecei a criar designs mais complicados. Os primeiros da lista eram itens personalizados de segurança infantil, como placas de parede protegidas, maçanetas para fogões e portas para tornar a casa mais segura para nossos meninos gêmeos que tinham 1 ano de idade na época. Descobri que poderia fazer esses itens nas dimensões certas para caber no {hardware} de nossa casa, em contraste com itens genéricos comprados em lojas que normalmente não eram realmente úteis.

Alguns meses depois, ganhei um pequeno drone, outra nova tecnologia que me interessou e que estava se tornando mais amplamente disponível. Algumas semanas depois da compra, como a maioria dos novos proprietários de drones, bati com ele no quintal e quebrei um dos braços. Enquanto tentava localizar peças de reposição, olhei para a impressora e me ocorreu que provavelmente poderia fazer substituições. Tendo feito isso com sucesso, e aprendendo mais sobre a tecnologia drone no mercado na época, alguns meses depois, pensei em tentar desenvolver algo melhor do que o que estava disponível – em specific algo maior que pudesse ser usado para todos os tipos de aplicações – não apenas vídeo – e que fosse mais tolerante às condições climáticas. Isso foi no verão de 2014.

No início do outono, eu tinha um protótipo funcional – feito principalmente de ABS e PLA. Também fiz improve para uma impressora Lulzbot TAZ 4, que abriu um universo totalmente novo de materiais que eu não poderia usar com a plataforma proprietária Cubex. Foi quando descobri o MatterHackers, que rapidamente se tornou minha única fonte de filamentos. Em outubro ou novembro de 2014, lançaram o filamento de fibra de carbono da Proto Pasta, que experimentei rapidamente. Esse foi talvez o maior facilitador para que eu desenvolvesse o design atual. Agora eu poderia imprimir com muito mais espessura, muito mais rápido e sem distorções. O design da época, e que mantive por mais alguns meses após a introdução da fibra de carbono, lembrava mais um quadricóptero tradicional com quatro braços. Mesmo com a fibra de carbono, ainda tive problemas com a quebra dos braços ao longo do tempo por causa da carga pesada (até 25 libras) transportada pelos braços em conjunto com a vibração dos motores.

À medida que me tornei melhor na impressão de fibra de carbono e melhorei minhas habilidades de design CAD, decidi revisar completamente o design para imprimir peças ainda mais finas e, ao mesmo tempo, distribuir uniformemente o peso do UAV e a tensão do torque dos motores por toda a estrutura. O atual design de moldura fechada surgiu-me um dia – ainda me lembro – numa sexta-feira no início de janeiro, há cerca de um ano. A imagem toda estava na minha cabeça. Deveria ser uma estrutura que envolvesse as pás (por segurança), mas de uma forma que realmente aumentasse a resistência da estrutura geral, distribuindo uniformemente o peso do veículo e a tensão de torque do motor para evitar a concentração de tensão em apenas quatro pontos – algo que agora chamo de SurroundFrame. Até agora, não vi um design de moldura fechada que fosse nada mais do que uma cobertura de corpo colocada em cima de uma moldura tradicional com quatro braços – ou uma variação que tivesse fechamentos parciais nos cantos externos. Em qualquer caso, embora úteis do ponto de vista da segurança, representam um peso adicional que reduz a bateria e o tempo de voo. Levei exatamente uma semana para projetar e imprimir toda a estrutura e transferir os motores e outros componentes eletrônicos do projeto anterior. Na sexta-feira seguinte, o UAV de 3 pés de diâmetro (agora chamado Freebird One) estava no ar.

Eu sabia que esse period o design que eu procurava, mas ainda period necessário muito trabalho. Period mais leve que meu design antigo, mas ainda muito pesado. Os tempos de voo foram de 8 a ten minutos com baterias grandes. Pesava cerca de 20 quilos. A fiação não resistia à alta corrente. Algumas vezes até pegou fogo no ar! Como period inverno na época, os componentes eletrônicos e os motores foram destruídos repetidamente ao voar na neve. Mesmo assim, descobri o primeiro uso alternativo para um UAV grande com muita lavagem de hélices: um soprador de neve aerotransportado. Period bom para até dez centímetros de neve e podia limpar nossa garagem em minutos, operado de dentro da casa quente! Mas poderia fazer ainda mais do que um soprador de neve regular. Tirou a neve dos carros e depois do telhado da nossa casa.

Minha missão period clara naquele momento: eu tinha algo poderoso que podia voar com muita precisão e por conta própria. Mas precisava voar muito mais tempo, ser muito mais leve, aguentar qualquer tipo de clima, carregar muitos equipamentos e acessórios que eu poderia querer desenvolver para diversas tarefas – e fazer tudo isso sem sacrificar a força. Fiquei com a maior parte da fibra de carbono, embora tenha produzido com sucesso uma unidade inteiramente com filamento de fibra de madeira da MatterHackers no verão passado. Os materiais adicionais na versão atual incluem Ninjaflex para coberturas climáticas e amortecimento de vibrações e Bluprint transparente para a cobertura da cabine para tornar visíveis as luzes do controlador de vôo 3D Robotics Pixhawk.

O resultado remaining é que inúmeras iterações e um ano depois, criei um UAV grande 100% impresso a partir de uma ideia em minha cabeça, um pacote CAD fantástico da Autodesk, uma impressora sólida e robusta da Lulzbot e filamento de alta qualidade e confiável (sempre entrega gratuita em 2 dias em todo o país) da MatterHackers, em specific a fibra de carbono da Proto Pasta. Os únicos componentes adquiridos são os eletrônicos e as hélices, embora eu tenha impresso com sucesso hélices que funcionam e possa eventualmente mudar para adereços impressos após a conclusão do teste. O UAV é montado até mesmo com pinos impressos de fibra de carbono, que substituíram os tradicionais parafusos de aço inoxidável que eu usava anteriormente.

O Freebird One não é apenas 100% impresso em 3D, mas eu diria que suas especificações de desempenho superam qualquer coisa no mercado hoje. Agora ele pesa apenas 3,5 quilos sem bateria (metade do que pesava na primeira vez que o fiz). Ele pode voar por até 35 minutos, tem velocidades máximas de 70 MPH horizontalmente e 3.000 pés/minuto verticalmente, pode transportar 15-20 libras adicionais de carga útil graças a mais 6.000 watts (9+ cavalos de potência) dos quatro motores sem escova e é completamente à prova de intempéries (neve, chuva e ventos de até 50 MPH ou mais). É também o UAV mais seguro.

Minha esperança para o futuro é adicionar recursos de inteligência synthetic para ajudar a evitar obstáculos e expandir recursos à prova de falhas, como pára-quedas e capacidade de encontrar locais seguros para pousar no caso de um problema que impeça o UAV de retornar para casa. Igualmente importante, espero desenvolver uma série de anexos para expandir a funcionalidade do Freebird One como uma “ferramenta” útil. A limpeza da neve é ​​apenas um exemplo, mas mesmo isso poderia ser melhorado com os acessórios que tenho em mente. Também o usei com sucesso neste outono como soprador de folhas. E como as lâminas estão fechadas, consegui remover as folhas impactadas ao longo das cercas batendo o UAV ao longo da cerca e inclinando o fluxo de ar de forma a passar por baixo das folhas. Numa capacidade semelhante, o UAV funciona bem como limpador de calhas com uma câmera 3D (em uma caixa à prova de intempéries impressa em 3D) enviando uma transmissão de vídeo ao vivo para um par de óculos, permitindo manobras precisas em locais apertados. As possibilidades são infinitas – tanto para consumidores como para empresas.

O Freebird One estará disponível comercialmente num futuro próximo. Depois de emitir solicitações de cotação para peças moldadas por injeção, não está claro se posso obter peças feitas de acordo com as especificações rigorosas que obtive por meio da impressão 3D. Dada a natureza deste projeto, cada grama de peso importa muito e, em specific, a dinâmica força-peso. Cada 100 gramas representa aproximadamente um minuto de voo e cada grama de materials precisa ser extremamente forte. Como resultado, o plano atual é construir uma “fazenda” de impressoras 3D para produzir peças rapidamente. Melhorei as configurações de impressão a ponto de as peças que saem da impressora exigirem pouco ou nenhum pós-processamento. Com resolução de 20 um usando fibra de carbono, as linhas não são muito visíveis e parecem mais um padrão do que as peças tradicionais impressas em 3D. Usar a impressão 3D como solução de fabricação também me permite revisar e melhorar peças rapidamente, introduzir novos acessórios e fornecer modificações personalizadas sem usar um ciclo típico de atualização.

Até o momento tenho trabalhado sozinho neste empreendimento, mas irei expandi-lo em um futuro próximo. Eu realmente valorizo ​​o tempo que gastei nisso até agora. Não só pude passar mais tempo com minha família, mas também tive a oportunidade de sonhar com novas ideias e então produzi-las bem diante dos meus olhos. Ainda mais do que o UAV que criei, continuo impressionado com as possibilidades abertas pela impressão 3D e pelo software program CAD de alta qualidade acessível ao consumidor. É uma ótima época em que vivemos, onde alguém como eu, sem formação em engenharia, pode projetar e produzir uma aeronave de alta qualidade no confinamento da minha casa com nada mais do que uma ideia, um computador, uma impressora 3D, alguns carretéis de filamento… e um pouco de paciência.

Se você estiver interessado em aprender mais sobre o Freebird Flight, você pode visitar Roger’s web site ou siga-os em Fb, Instagrame Twitter.

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