Jak stabilizować drgania w uchwycie światłowodowym drukowanym w 3D dla drona

Naciskasz pedał gazu na jedną połowę, a wyświetlacz zaczyna falować. Obraz drży jak roztopione szkło, połączenie światłowodowe jest niestabilne i przez chwilę obraz lotu staje się mniej wyraźny. Wnętrze drona jest idealne, silniki pracują cicho, śmigła obracają się bez tarcia, a strojenie jest bardzo stabilne. Mimo to obraz drży, jakby kamera nie była dobrze zamocowana.

Problemy z elektroniką są rzadko wykrywane i najczęściej są ukryte w samym uchwycie. Uchwyt drukowany w technologii 3D światłowodowe transceivery dronów Zbyt sztywny lub zbyt cienki materiał nie pochłania drgań jak kamerton, lecz odbiera je i przekazuje do układu optycznego. Drgania przy określonych prędkościach obrotowych silnika odpowiadają dokładnie częstotliwości drgań własnych ramy, wzmacniając ruch zamiast go tłumić. Gdy tylko znany jest punkt początkowy, naprawa staje się prosta. Zamień nieelastyczny PLA na PETG i zbuduj podporę wypełnioną gyroidami, aby absorbować rezonans. Ponadto należy zastosować TPU 90A oraz warstwę VHB o grubości 1 mm do blokowania drgań połączeń — szczególnie przydatne, gdy już borykasz się z problemami w terenie, takimi jak kable zaczepiające się o drzewa.

Dlaczego PLA działa jak kamerton

PLA po wydrukowaniu wygląda nieskazitelnie – warstwy są gładkie, krawędzie ostre, a rogi czyste. Jednak ta nieskazitelność to pułapka wewnątrz drona, która ujawnia jego słabość. Materiał jest bardzo twardy i delikatny. Gdy drgania silników przechodzą przez ramę, PLA działa jak lustro odbijające energię i jej nie pochłania. Prowadzi to do ciągłego dzwonienia, które przekazuje mikrodrgania bezpośrednio do kamery lub połączenia światłowodowego. Wyniki testów dwóch identycznych mocowań są takie same. Mocowanie wykonane z PLA wibruje bardzo głośno przy określonych prędkościach obrotowych silników, praktycznie odtwarzając wszystkie drgania, które otrzymuje. Z drugiej strony, mocowanie wykonane z PETG lekko się ugina pod wpływem naprężeń, dzięki czemu znacznie szybciej rozprasza energię.

Ta właściwość PETG wielokrotnie redukuje drgania przenoszone na kamerę, zapewniając ostrość obrazu nawet przy nagłych zmianach mocy. Dodatkowo, ciepło pogarsza sytuację. W pobliżu rozgrzanego nadajnika wideo PLA traci swoją strukturę, wygina się i ostatecznie rozpada. Do określonej temperatury PETG jest materiałem o większej wytrzymałości i nie zmienia kształtu. W przypadku profesjonalnych konstrukcji, stosowanie PLA powinno być ograniczone wyłącznie do prototypów i nigdy nie powinno być stosowane w mocowaniach gotowych do lotu.

Jak kanapka żyroidowa zatrzymuje rezonans

Większość konstruktorów zakłada, że ​​montaż twardszego mocowania wyeliminuje wibracje, dlatego wybierają wypełnienie w 100%. W rzeczywistości wibracje nie są redukowane, lecz przenoszone, gdy stosuje się całkowicie solidny uchwyt, podobny do dzwonka. Kanapka gyroidalna odwraca ten sygnał, wprowadzając zrównoważoną konstrukcję i elastyczność. W tym układzie zewnętrzna warstwa PETG służy jako solidna rama, która utrzymuje… złącze światłowodowe w miejscu.

Wewnętrzny rdzeń gyroidowy, wydrukowany z mniejszą gęstością, lekko się ugina i rozprasza drgania w całej swojej geometrii. Gdy energia dociera do uchwytu, wzór dzieli ją na mniejsze fale, które zanikają przed dotarciem do optyki. Zasada jest taka sama, jak ta stosowana przez inżynierów lotniczych w lekkich panelach kompozytowych. Zapobiegają one dalszemu rozprzestrzenianiu się rezonansu, wychwytując drgania w komórkach wewnętrznych. Kanapka gyroidowa ma ten sam efekt – wyraźniejszy obraz, mniejszą wagę i mniejsze ryzyko wystąpienia efektu galaretki w filmach HD.

Jak pokroić i wydrukować kanapkę gyroidową

Sukces funkcjonalnego, gyroidalnego sandwicza zależy całkowicie od prawidłowego krojenia. Zacznij od wykonania dwóch lub trzech obwodów ścianek z PETG – wystarczających do podparcia elementu, bez nadmiernego jego zestalania. Nie stosuj zbyt grubych warstw zewnętrznych, ponieważ mogą one ograniczać elastyczność. Dostosuj gęstość wypełnienia do wartości od 20% do 30%, wybierając wzór gyroidalny lub siatkowy.

Wybrany zakres gęstości pozwala na prawidłowe działanie ruchu wewnętrznego, który pochłania drgania silnika. Aby zwiększyć kontrolę, umieść docelowe strefy tłumienia bezpośrednio pod mocowaniami śrub lub w pobliżu cienkich ramion. W PrusaSlicer umieść modyfikator na dole i zastosuj wypełnienie gyroidowe o gęstości 15–20%. W Cura zbuduj kostkę modyfikatora w tym samym celu.

W przypadku drukowania na drukarce wielomateriałowej, należy zastosować TPU w obszarach tłumiących i zachować PETG w powłoce. Sekcje pełne nigdy nie powinny być drukowane z pełną gęstością, ponieważ pochłaniają drgania i czynią elastyczny rdzeń bezużytecznym. Połączenie selektywnej struktury i miękkiego wzmocnienia zapewnia zrównoważoną wydajność.

Co robi TPU 90A i jak to przetestować

Wybrana twardość TPU decyduje o tym, czy mocowanie będzie filtrować drgania, czy je przenosić. Idealny punkt to około 90A w skali Shore'a – wystarczająco twardy, aby utrzymać połączenie włókien, ale jednocześnie wystarczająco miękki, aby absorbować wibracje. Twardość 85A, będąc bardziej miękką, z czasem ulegnie wygięciu i utraci idealne dopasowanie. Twardość 95A jest twardsza i przypomina twardy plastik, przez co amortyzacja jest praktycznie niewyczuwalna.

Nawet bez twardościomierza, test paznokciem to dobra metoda, aby sprawdzić twardość materiału. Oto kroki:

• Jeżeli na podkładce pozostał niewielki odcisk, oznacza to, że materiał jest zbyt twardy.
• Jeżeli płytka jest całkowicie dociśnięta paznokciem i pozostaje ślad, oznacza to, że materiał jest zbyt miękki.
• Jeśli paznokieć dociśnie podkładkę tylko lekko, a następnie szybko powróci do pierwotnego kształtu, to jest to punkt odniesienia 90A.

Po potwierdzeniu twardości, pod każdą stopkę montażową należy podłożyć podkładki lub podkładki TPU 90A. Stworzą one zwartą, a zarazem miękką warstwę, która oddzieli drgania ramy od aparatu, a jednocześnie nie spowoduje utraty optycznego wyrównania dzięki szczelności warstwy.

Jak taśma VHB o grubości 1 mm staje się wyłącznikiem wibracyjnym

Wibracje znajdują najwygodniejszą drogę ucieczki właśnie w miejscu montażu ramy z nadrukiem węglowym. Brzęczenie silnika, będące głównym źródłem hałasu w tym zespole, dociera do całego zespołu poprzez bezpośredni kontakt metalu i plastiku. Jednak po dodaniu warstwy taśmy VHB o grubości 1 mm sytuacja się odwraca. Działając jak niewielki bezpiecznik mechaniczny, jest on wytrzymały na ścinanie, ale miękki na ściskanie, co pozwala mu przenosić obciążenie konstrukcyjne, jednocześnie blokując przepływ wibracji.

Zaklej taśmą całą podstawę mocowania, co jest nie lada sztuką, zamiast zaklejać tylko miejsca na śruby. Delikatnie dokręcaj taśmę, aż będzie lekko ściśnięta, pewnie trzymając mocowanie, ale jednocześnie umożliwiając pewien zakres ruchu. Przy dokręcaniu z większym momentem taśma ulegnie ściśnięciu, a tłumienie osłabnie. Celem mocowań jest uzyskanie niemal idealnej równowagi; nie sztywności, a jednocześnie stabilności.

Co bardzo przypomina sposób, w jaki producenci samochodów łączą materiały na deski rozdzielcze: używając taśmy VHB do mocowania różnych części do głównej konstrukcji, każda warstwa kleju służy jako izolacja brzęczących lub wibrujących elementów, bez utraty wytrzymałości. Chociaż szeroko stosowane w dronach, istnieją podobne metody w przypadku uporządkowanego obrazu wideo lub stabilnego ruchu. Ciepło odpadowe, jeśli nie jest stosowane ostrożnie, może negatywnie wpłynąć na ogólny stan podzespołów samolotu: pobliski nadajnik wideo może z czasem nagrzewać połączenie, a klej słabnąć. Taśma klejąca, jeśli wykazuje oznaki osłabienia, może wymagać wymiany raz w roku lub za każdym razem, gdy zostanie nagle poddana działaniu ekstremalnego ciepła (w trakcie lotu).

Jak zdiagnozować drżenie w 5 minut

Diagnoza drgań nie wymaga specjalistycznego sprzętu, takiego jak sprzęt laboratoryjny czy czujniki drgań, ponieważ dron ujawni się już po kilku minutach testów. Zazwyczaj polega to na locie i szybkim zawisie w powietrzu z jednoczesnym nakręceniem przepustnicy. Analizując nagranie, można zauważyć rozmycie lub lekkie drgania w jakimś miejscu, co będzie świadczyć o drganiach. Następnie należy zdemontować śmigła i ustawić drona nad stabilną powierzchnią.

Uruchom silniki powoli i dotknij ramy oraz włókna szklanego. Bardzo delikatny, wysoki dźwięk oznacza, że ​​mocowanie jest zbyt cienkie lub sztywne. Delikatne, równomierne pulsowanie wokół otworów na śruby zazwyczaj sygnalizuje słaby lub nieregularny kontakt, co jest związane z niewspółosiowością elementów lub zbyt dużym momentem obrotowym na połączeniach. Zamknij oczy, aby przeanalizować sytuację.

Jeśli nie masz wad wzroku, powinieneś wyczuć niuanse w tonie i fakturze w opuszkach palców, porównywalne z tym, co widziałeś na nagraniu. Jeśli wibracje zaczynają się w średnim zakresie obrotów i wydają się kłujące, wydrukuj je ponownie w PETG lub poeksperymentuj z wzorami wypełnienia. Jeśli wibracje wydają się ponure i powolne, możesz przejść do warstw tłumiących lub materiałów, takich jak TPV lub VHB, jako kolejnego kroku w procesie rektyfikacji. Po 5 minutach pracy masz teraz racjonalne wskazówki dotyczące strojenia, co oszczędza Ci nadmiaru prób i błędów.

Cztery praktyczne kroki do eliminacji wibracji

Najczęściej naprawa drgań polega na stopniowej interwencji: działaniu mającym na celu konsekwentne zwiększanie niezawodności sygnału przesyłanego przez kamerę, co pozwala uniknąć rozległych, niemożliwych do naprawienia modyfikacji.

Krok 1: Wymień materiał. Odtwórz mocowanie z PETG, zachowując jego geometrię. Elastyczność materiału skutecznie eliminuje rezonans w połowie otwarcia przepustnicy i pierścienia utworzonego z PLA, zachowując jednocześnie oryginalną geometrię.

Krok 2 – Przebudowa konstrukcji. Zaledwie dwie lub trzy ściany i ustawienie wypełnienia gyroidowego na co najmniej piętnaście do dwudziestu procent, z synergią przeznaczoną przede wszystkim dla połączeń podstawy i ramienia. Jeśli drukarka ma tryb podwójnego wytłaczania, odrobina TPU wystarczy. Jest to bardzo przydatne do dodania tłumienia do mocowania.

Krok 3 – Ustal amortyzację. Po ustawieniu sceny z materiałem drukowanym należy dodać podkładki TPU lub duże maski pod spodem. Nigdy nie dokręcaj śrub dużych ani małych elementów, aby wymusić ugięcie konstrukcji modelu po lekkim podgrzaniu i starannym rozmieszczeniu. TPU działa prawidłowo przy 90 A.

Krok 4. Użyj paska taśmy VHB o grubości 1 mm, umieszczonego pod błotnikiem. Dociśnij śruby, aby wsporniki mogły rozerwać koordynację między ramą a uchwytami.

W celu wprowadzenia tych zmian powtórz testy lewitacji i opuszek palców. Połączenie kroków pierwszego i drugiego rozwiąże problem, dostarczając katastrofalnych dowodów na ogromny sukces drobnych zmian konstrukcyjnych.

Dlaczego ta poprawka działa i o czym należy pamiętać

Same wibracje nigdy nie będą Twoim wrogiem. Chodzi raczej o to, jak łatwo pokonują one różne ścieżki wyznaczone przez strukturę, a nie o wibracje w ogóle. Większe tłumienie w wybranych miejscach powoduje, że cały stan ulega lekkiemu rozproszeniu i wygładzeniu. W przeciwieństwie do kruchych materiałów, które bardziej niż PETG podnoszą rezonans, kanapka gyroidowa osłabłaby i przekierowała energię do wnętrza, gdzie mogłaby zginąć, podczas gdy TPU i VHB wzajemnie na siebie oddziałują, aby zapobiec przedostaniu się energii resztkowej do optyki.

Wszystkie te zmiany zamienią ostre wibracje w przyjemny szum. Wykonaj szybki test dotykowy za każdym razem, gdy zauważysz drżenie. Wykryje on nowe problemy, zanim pojawią się na filmie. Nie potrzebujesz wielu regulatorów PID ani drogich części; wystarczy inteligentniejsze sterowanie modelowaniem i aktywnością materiału. Po prawidłowym wykonaniu, uchwyt światłowodu staje się nie tylko mocowaniem, ale także kanałem, przez który wibracje są przekształcane w ciszę.

Źródła referencyjne

1. PETG kontra PLA: różnice i porównanie:Poradnik inżynierski porównujący PLA i PETG pod kątem druku 3D, podkreślający doskonałe tłumienie drgań PETG i jego elastyczność w zakresie mocowania dronów.
2. Zestaw 4 miękkich mocowań silnika – TPU drukowany w 3D:Materiał dotyczący dronów FPV na temat tłumików drgań TPU, wyjaśniający w jaki sposób miękkie mocowania drukowane w technologii 3D redukują wstrząsy w kanałach i uchwytach kamery.
3. Materiały kompozytowe do części dronów drukowanych w technologii 3D:Badania naukowe dotyczące kompozytów PETG i TPU przeznaczonych do stosowania w częściach bezzałogowych statków powietrznych, ze szczególnym uwzględnieniem izolacji wibracji i stabilności strukturalnej w zastosowaniach dronów.
4. Drukowanie części dronów w technologii 3D: Jak zacząć:Kompleksowy samouczek dotyczący drukowania w technologii 3D komponentów dronów, obejmujący m.in. konstrukcje tłumiące drgania mocowań i stabilizatorów.
5. Najlepsze materiały do ​​drukowania części dronów w technologii 3D:Ekspercki przegląd materiałów PETG i TPU do ram i uchwytów dronów, ze szczególnym uwzględnieniem amortyzacji wstrząsów i redukcji rezonansu.