3Dプリントされたドローン用光ファイバーホルダーの振動を安定化する方法
アクセルペダルを半分まで踏み込むと、ディスプレイがうねり始めます。映像は溶けたガラスのように震え、光ファイバー接続が不安定になり、一瞬、飛行映像が鮮明でなくなります。ドローンの内部は完璧で、モーターは静かで、プロペラは摩擦なく回転し、調整も非常に安定しています。しかし、それでも映像はまるでカメラがしっかりと固定されていないかのように震えます。
電子機器の不具合はほとんど見つからず、ほとんどの場合、マウント自体に隠れています。3Dプリントされたホルダーは 光ファイバードローントランシーバー 硬すぎたり薄すぎたりすると、音叉のように振動を吸収できず、振動を拾って光学部品に伝えてしまいます。特定のモーター速度における振動はフレームの固有振動数と正確に一致し、動きを減衰させるのではなく増幅させます。原因が分かれば、修理は容易になります。硬すぎるPLAをPETGに交換し、ジャイロイドを充填したサポートを構築して共振を吸収します。さらに、90A TPUと1mmのVHB層でジョイントの振動をブロックします。これは、現場で既に振動の問題を抱えている場合に特に役立ちます。 ケーブルが木に引っかかっている.
PLAが音叉のように機能する理由
PLAが音叉のように機能する理由PLAは印刷すると完璧に見えます。層は滑らかで、エッジはシャープで、角はきれいに整っています。しかし、この完璧さはドローン内部の弱点を露呈するおとりです。この素材は非常に硬く、脆いのです。モーターの振動がフレームを通過すると、PLAはエネルギーを反射し、吸収しません。その結果、継続的なリンギングが発生し、カメラやファイバー接続部に微振動が直接伝わります。2つの同一のマウントのテスト結果は同じでした。PLA製のマウントは特定のモーター速度で非常に大きな振動を起こし、ほぼすべての振動を再現します。一方、PETG製のマウントは圧力がかかるとわずかに曲がり、エネルギーをより早く分散させます。
PETGのこの特性は、カメラに伝わる振動を何倍も低減するため、急激な出力変化時でも鮮明な画像を確保します。さらに、熱は状況を悪化させます。高温のビデオ送信機の近くでは、PLAは構造が崩れ、曲がり、最終的には破損してしまいます。PETGは一定の温度まで強度が高く、形状変化を起こしません。専門的な設計においては、PLAの使用はプロトタイプに限定し、飛行可能なマウントには使用しないでください。
ジャイロイドサンドイッチが共鳴を閉じ込める仕組み
ジャイロイドサンドイッチが共鳴を閉じ込める仕組み多くのビルダーは、より硬いマウントを設置すれば振動がなくなると考え、100%のインフィル材を使用します。しかし実際には、ベルのように完全に硬いホルダーを使用すると、振動は軽減されるどころか、むしろ伝わってしまいます。ジャイロイドサンドイッチ構造は、構造と柔軟性のバランスの取れた設計によって、この振動を逆転させます。この構造では、外側のPETG層が、振動をしっかりと支えるフレームとして機能します。 光ファイバコネクタ 所定の位置に。
低密度でプリントされた内部のジャイロイドコアは、わずかに曲がり、振動をその形状全体に拡散させます。エネルギーがマウントに入ると、パターンがそれを小さな波に分割し、光学系に触れる前に消滅させます。この原理は、航空宇宙エンジニアが軽量複合パネルに利用しているものと同じです。内部セルで振動を捉えることで、共鳴の伝播を防ぎます。ジャイロイドサンドイッチ構造にも同様の効果が期待できます。つまり、より鮮明な映像、軽量化、そしてHDビデオにおけるジェロ効果の低減です。
ジャイロイドサンドイッチのスライスと印刷方法
機能的なジャイロイドサンドイッチの成功は、正しいスライス方法に大きく左右されます。まず、PETGの壁を2～3枚、外側に作ります。これは、作品を支えるのに十分な厚さですが、固くなりすぎない程度にしてください。外側の層を厚くしすぎると柔軟性が損なわれる可能性があるため、避けてください。充填密度は20～30%の間で調整し、ジャイロイド型またはグリッド型のパターンを選択できます。
選択した密度範囲により、モーターの振動を吸収する内部機構が適切に機能します。制御性を高めるには、対象となる減衰ゾーンをネジマウントの直下、または細いアームの近くに配置します。PrusaSlicerでは、下部にモディファイアを配置し、その領域に15%～20%のジャイロイドインフィルを適用します。Curaでは、同じ目的でモディファイアキューブを作成します。
マルチマテリアルプリンターで印刷する場合は、TPUを制振エリアに割り当て、シェルにはPETGを使用します。固体部分は振動を吸収し、柔軟なコアを無駄にしてしまうため、絶対密度で印刷しないでください。選択的な構造と柔らかい補強材を組み合わせることで、性能のバランスが保たれます。
90A TPUの機能とテスト方法
90A TPUの機能とテスト方法TPUの硬度は、マウントが振動をフィルタリングするか、それとも伝達するかを決定します。最適な硬度はショアスケールで約90Aです。これは、ファイバー接続を維持するのに十分な硬さでありながら、振動を吸収するのに十分な柔らかさです。85Aグレードはより柔らかいため、時間の経過とともにたわみ、完璧な位置合わせができなくなります。95Aグレードはより硬く、硬質プラスチックのような感触で、クッション性を感じることができなくなります。
デュロメーターがなくても、爪で材料の硬さを測る良い方法があります。手順は以下のとおりです。
- パッドに小さな跡しか残らない場合は、素材が硬すぎることを意味します。
- パッド全体が釘で押し下げられて跡が残る場合は、素材が柔らかすぎることを意味します。
- パッドが釘によってわずかに押し下げられ、すぐに元の形状に戻る場合、それが 90A のベンチマークです。
硬度を確認した後、各マウントフットの下に90A TPUパッドまたはワッシャーを配置します。これにより、コンパクトでありながら柔らかい層が形成され、フレームの振動がカメラから分離されます。同時に、層の堅さによって光学的な位置合わせが損なわれることはありません。
1mmのVHBテープが振動遮断装置になる仕組み
1mmのVHBテープが振動遮断装置になる仕組み振動が最も逃げやすい経路は、カーボンフレームとプリント基板の接合部です。このアセンブリの主なノイズ源であるモーターのブーンという音は、金属とプラスチックの直接接触によってアセンブリ全体に伝わります。しかし、1mm厚のVHBテープ層を追加すると、状況は一変します。このテープは小さな機械ヒューズとして機能し、せん断力には強く、圧縮力には柔らかいため、構造的な負荷に耐えながら振動の流れを遮断します。
ボルト留め箇所だけでなく、マウントベース全体をテープで覆うという物理的な作業が必要です。テープがわずかに圧縮されるまでゆっくりと締め上げ、マウントをしっかりと固定しつつも、ある程度の動きを確保します。これ以上締め付けるとテープが圧縮され、ダンピング効果が弱まります。マウントの目的は、ほぼ完璧なバランスを保つことです。硬直させるのではなく、しっかりと固定することです。
これは、自動車メーカーがダッシュボードの素材を組み立てる方法と非常によく似ています。VHBテープを用いて様々な部品を本体構造に接着することで、各接着剤層が振動やブーンという音を発する部品の絶縁材として機能し、強度を犠牲にしません。ドローン用途では広く普及していますが、鮮明なビデオ映像や安定した動画にもほぼ同じ手法が用いられています。廃熱は、慎重に処理しないと航空機部品の全体的な健全性に悪影響を及ぼす可能性があります。近くのビデオ送信機が接合部を加熱し、接着剤が弱くなる可能性があります。粘着テープに弱化の兆候が見られる場合は、1年に1回、または飛行中に急激に高熱が加わった後は毎回交換する必要があるかもしれません。
5分で震えを診断する方法
5分で震えを診断する方法振動の診断には、実験室機器や振動センサーのような特別なものは必要ありません。数分間のテストで、振動はすぐに明らかになります。通常は、飛行中にホバリングとスロットルスイープを素早く行い、同時に飛行中の映像を撮影します。映像を分析すると、どこかにブレやわずかな揺れが見られる場合があり、それが振動箇所です。次に、プロペラを取り外し、ドローンを安定した地面の上に置きます。
モーターをゆっくりと回し、フレームとグラスファイバーに触れてみてください。非常に微細な高周波のブーンという音は、マウントが薄すぎるか硬すぎることを意味します。ネジ穴の周りで柔らかく一定の振動が聞こえる場合は、接触が弱すぎたり不規則だったりする可能性があり、これは部品の位置ずれやジョイントへのトルク過多に関連しています。目を閉じて分析してみてください。
視覚に問題がなければ、指先で音色や質感の微妙な変化を感じられるはずです。映像で見たものと比べてみましょう。もし、中速域で振動が始まり、ビリビリとした感触を感じる場合は、PETGで再印刷するか、インフィルパターンを調整してみてください。振動が鈍く、ゆっくりとした動きに感じられる場合は、次のステップとして、TPVやVHBなどのダンピングレイヤーや素材を検討してみてください。5分の作業で、チューニングのための合理的な手がかりが得られ、試行錯誤の無駄を省くことができます。
振動を抑える4つの実践的なステップ
ほとんどの場合、振動の修正は段階的な介入、つまり、広範囲にわたる修正不可能な変更を回避しながらカメラのフィードイン品質に対する信頼性を一貫して構築する操作に依存します。
ステップ1：素材を交換します。マウントの形状はそのままに、PETGでマウントを再現します。素材の弾性により、スロットル中間位置での共振とPLAで発生したリング状の振動を効果的に排除しながら、元の形状を維持します。
ステップ2 - 構造を組み替えます。壁は2～3枚程度に抑え、ジャイロイドの充填率は少なくとも15～20%に設定し、主にベースとアームの接合部へのシナジー効果を考慮します。プリンターがデュアルエクストルージョンの場合は、TPUを少量加えると効果的です。これはマウントの振動減衰に非常に役立ちます。
ステップ3 - クッション材を用意します。プリント材料を配置したら、TPUワッシャーまたは大型のアンダーマスクを追加する必要があります。モデルを軽く加熱し、慎重に間隔を空けた後、大小の部品のボルトを締め付けてモデル構造を強制しないでください。TPUは90Aで問題なく動作します。
ステップ4. 厚さ1mmのVHBテープをマッドガードの下に貼り、ネジで少し圧力をかけ、フレームとホルダーの連結を解除します。
これらの調整のために、浮上テストと指先テストを繰り返します。ステップ1と2を組み合わせることで問題は解決し、小さな設計変更がいかに大きな成功を収めたかを示す決定的な証拠となります。
なぜこの修正が機能するのか、そして何を覚えておくべきか
なぜこの修正が機能するのか、そして何を覚えておくべきか振動自体が敵になることはありません。問題は、振動そのものが敵になるのではなく、構造によって確立された様々な経路をいかに容易に通過するかです。特定の箇所で振動減衰を高めることで、振動全体が少し分散し、滑らかになります。PETGに比べて共振が顕著になる脆性材料とは対照的に、ジャイロイドサンドイッチ構造は振動エネルギーを弱め、内部へと方向転換させて減衰させます。一方、TPUとVHBは互いに連携し、残留エネルギーが光学系に到達するのを防ぎます。
これらの変更により、耳障りな振動が心地よいハム音に変換されます。振動に気付いたら、すぐにタッチテストを行ってください。これにより、動画に現れる前に新たな問題を特定できます。PIDチューニングや高価な部品は実際には必要ではありません。必要なのは、モデリングとマテリアルの挙動をよりスマートに制御することだけです。正しく実行すれば、ファイバーホルダーは単なるマウントではなく、振動を静音に変換するチャネルにもなります。
参照ソース
- PETGとPLAの違いと比較3D プリント用の PLA と PETG を比較したエンジニアリング ガイド。ドローン マウントにおける PETG の優れた振動減衰性と柔軟性を強調しています。
- モーターソフトマウント 4パック – 3DプリントTPU:FPV ドローン リソースでは、TPU 振動ダンパーについて説明し、3D プリントされたソフト マウントがカメラ フィードとホルダーの振動をどのように軽減するかを説明しています。
- 3Dプリントドローン部品用複合フィラメント材料：ドローン用途における振動絶縁と構造安定性に焦点を当てた、UAV 部品用の PETG および TPU 複合材に関する学術研究。
- ドローン部品の3Dプリント：始め方マウントやスタビライザーの振動減衰設計を含む、3D プリントされたドローン コンポーネントに関する包括的なチュートリアル。
- 3Dプリントドローン部品に最適な材料:衝撃吸収と共振低減を重視したドローンのフレームとホルダー向けの PETG と TPU に関する専門家による概要。