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Konstruktion eines unbemannten Flugsystems (Unmanned Aerial Systems – UAS) mit additiver Fertigung und Windform

Am Projekt waren zwei Unternehmen beteiligt, CRP Technology und PARROT. Ziel war die Konstruktion der ersten Freizeit-Drohne Bebop 2.

Die zur Konstruktion von Teilen und Komponenten von Fahrzeugen und Windkanälen für Motorsportteams verwendeten Verbundwerkstoffe setzten neue Maßstäbe bei der 3D-Druck Technologie und ermöglichten die Herstellung von Produkten für die Freizeit- und Konsumgüterindustrie. In diesem Praxisbeispiel geht es um den Bau der ersten Freizeit-Drohne Bebop 2.

bebop2

Das Projekt

Die von Henri Seydoux 1994 gegründete Firma Parrot brachte 2010 einen mittels Smartphone per Wi-Fi steuerbaren Quadrocopter auf den Markt, die AR.Drone, die mit einer eingebauten Kamera

ausgestattet war. Seither ist Parrot Weltmarktführer im Bereich ziviler Drohnen und hat eine umfassende Angebotspalette an Drohnen und Minidrohnen. Das Unternehmen ist führender Innovationsträger und brachte 2015 die mit fortschrittlichsten Technologien ausgestattete Drohne Bebop 2 heraus.

Bebop 2 von Parrot ist eine federleichte Drohne mit kompakter Bauform, die Robustheit mit Zuverlässigkeit verbindet und hohe Leistungsfähigkeit, Stabilität und Wendigkeit auch unter schwierigsten Bedingungen bietet. Bebop 2 ist daher besonders leicht steuerbar, auch ohne vorherige Schulung. Die von sieben Sensoren erfassten Daten werden dank der hohen Rechenleistung des Bordcomputers analysiert und zusammengeführt.

Die in die Drohne integrierte Frontkamera wurde speziell für die Bebop 2 entwickelt. Der Pilot kann den Kamerawinkel digital um 180° verändern, indem er ganz einfach mit dem Finger über das Display der Steuer-Anwendung wischt.

Die digitale 3-Achsen-Stabilisierung erfolgt mit leistungsstarken Algorithmen und ermöglicht klare und stabile Bilder ohne Verzerrungen, unabhängig von den Bewegungen der Drohne.

Zahlreiche Systeme erhöhen die Flugsicherheit: Notfallfunktion mit Unterbrechung der Motorenversorgung und der Propeller bei Berührung, Einschränkung von Flughöhe und Flugradius, automatische „Return Home”-Funktion und eine LED hinten am Fluggerät, um die Flugrichtung festzustellen, während auf Sicht gesteuert wird.

bebop 2 red

Die Zusammenarbeit mit CRP Technology

Parrot entwickelte die endgültige Ausführung von Bebop 2 mit dem Verbundwerkstoff Windform GT.

Für die Struktur der ersten Ausführung von Bebop 2 wurden Spritzteile aus glasfaserverstärktem Verbundwerkstoff auf Polyamid-Basis verwendet.

Dann ging Parrot in Zusammenarbeit mit CRP Technology zur SLS Technologie über. Zu den dabei verfolgten Zielen gehörten:

  • Leistungsoptimierung der Struktur ohne Entwicklung von Spritzwerkzeugen, die mit hohen Kosten und langen Vorlaufzeiten verbunden sind
  • Beschleunigung der Verfahrensiteration (Generation)
  • Verbesserung der Produktionszeiten
  • Erleichterung der Serienproduktion

Parrot verfolgte einen Entwicklungsansatz, der auf experimenteller Diagnose und FE-Modellbildung basierte und auf die Verbesserung der (gewöhnlich durch die Vibrationen der Drohne beeinflussten) Aufnahmequalität während des Flugs durch eine optimierte Gestaltung der Drohne ausgerichtet war.

Die Struktur wurde im wesentlichen unter diesen Gesichtspunkten entwickelt; durch die ausgeklügelte Konstruktion konnte zudem das Gewicht verringert werden.

Parrot stellte fest, dass die Eigenfrequenzen der aus Windform GT hergestellten Bauteile denjenigen von Spritzteilen aus glasfaserverstärktem Verbundwerkstoff auf Polyamid-Basis ähnlich sind. Mithilfe der FE-Methode konnte Parrot die Entwicklungszeiten erheblich reduzieren.

Parrot war hierdurch auch imstande, die Widerstandsfähigkeit der Struktur des Produktes zu überprüfen (eine Freizeit-Drohne wie Bebop 2 ist ein Fluggerät, das auch für den Gebrauch durch Anfänger, d.h. für häufige Abstürze konzipiert ist).

Zu den von Parrot aufgezeigten weiteren Vorteilen, die mithilfe der additiven Fertigung und des Windform GT Materials erzielt wurden, gehören:

  • Fertigung kleiner Produktionslose mit akzeptablen mechanischen Eigenschaften zur Lieferung funktioneller Produkte für das Team (z.B. hilfreich zur Entwicklung anderer Produktfunktionen wie die Flugleistungen);
  • Gute ästhetische Gestaltung, wenn erforderlich.

Die Besonderheiten von Bebop 2 aus Windform GT sind die Hauptstruktur (zentraler Körper) und die Arme. Der Körper ist robust und flexibel und die Arme sind verstärkt.

Bebop 2: Die schwarzen Teile sind aus Windform GT (mit freundlicher Genehmigung von Parrot)

Die Struktur ist aus Windform GT (mit freundlicher Genehmigung von Parrot)                     

Die Struktur ist aus Windform GT (mit freundlicher Genehmigung von Par

Bebop 2: Die schwarzen Teile sind aus Windform GT (mit freundlicher Genehmigung von Parrot)

Bebop 2: Die schwarzen Teile sind aus Windform GT
(mit freundlicher Genehmigung von Parrot

Aus Sicht von CRP Technology waren schnelles Iterationsverfahren, bestmögliches Verhältnis zwischen struktureller Widerstandsfähigkeit und Gewicht, akzeptables und kohärentes Ergebnis sowie die Möglichkeit, mehrere Funktionen in einem einzigen Produkt zu verbinden, gefordert.

CRP Technology stellte sich rasch auf die neuen Erfordernisse ein, sorgte für ausgezeichnete Zusammenarbeit mit seinen Ingenieuren und CAD-Konstrukteuren und bot höchste Qualitätsleistungen mit einem einzigartigen, firmenspezifischen Verfahren.

PARROT

Das 1994 von Henri Seydoux gegründete Unternehmen Parrot entwirft, entwickelt und vertreibt Hightech-Produkte mit Wireless-Technologie für die private und gewerbliche Nutzung.

Das Unternehmen stützt sich auf technische Fachkompetenz, aufgeteilt auf drei Hauptgeschäftsbereiche:

  • Zivile Drohnen: Quadrocopter für Freizeitzwecke und Lösungen für den gewerblichen Gebrauch.
  • Vernetzte Gegenstände: insbesondere im Bereich Audiotechnik und Gartenpflege.
  • Automobilbranche: umfangreichstes Angebot der Branche im Bereich Freisprech- und Infotainmentanlagen für Fahrzeuge.

Der Geschäftssitz von Parrot befindet sich in Paris. Das derzeit mehr als 1000 Mitarbeiter weltweit zählende Unternehmen erzielt den größten Teil seines Umsatzes in Übersee.

Parrot ist seit 2006 an der Euronext Paris notiert. (FR0004038263 – PARRO)

Nähere Informationen finden Sie auf der Website www.parrot.com

bebop 2 red

CRP Technology

Der Geschäftssitz von CRP Technology ist in Modena, in Norditalien, im sogenannten Motor Valley.

CRP Technology ist einer von fünf Geschäftsbereichen der Gruppe CRP, jeder ein Exzellenzmodell für seine Zielbranche. Mit mehr als 45 Jahren Erfahrung im Bereich der F1 an der Seite der wichtigsten internationalen Teams zeichnet sich die Gruppe CRP durch ihr großes Knowhow in spezifischen Anwendungsfeldern aus. Im Vordergrund stehen dabei Personalisierung, Einsatz von Spitzentechnologien, eine breite Anwendungspalette und ausgezeichneter Kundendienst. Die Gruppe CRP unterhält enge Beziehungen zu den Kundenunternehmen und Unternehmern, die in den Branchen Automotive, Motorsport, Design, Luftfahrt, unbemannte Luftfahrzeuge (UAV), Marine, Unterhaltung und Verpackung tätig sind.

Die Tätigkeit von CRP Technology ist insbesondere auf die additive Fertigung für verschiedenste Branchen vom Motorsport über die Luft- und Raumfahrt bis zu den UAV ausgerichtet. CRP Technology fertigt und vertreibt weltweit Verbundwerkstoffe für die additive Fertigung unter dem Namen Windform. Die Windform-Produktfamilie besteht aus den Produkten Windform XT 2.0, Windform LX 2.0, Windform GT und Windform SP. Jedes Material hat mechanische Eigenschaften, aufgrund derer es sich für bestimmte Anwendungsbereiche eignet.

CRP Technology besitzt langjährige Erfahrung im Bereich selektives Lasersintern (SLS) für Spitzentechnologie-Sektoren. Das Unternehmen arbeitete mit den international bedeutendsten Motorsportteams zusammen, insbesondere bei der Konstruktion von Teilen und Komponenten, die nicht nur im Windtunnel getestet, sondern auch auf der Rennstrecke bei Wettkämpfen eingesetzt wurden.

Windform® Werkstoffe

Die Windform® Werkstoffe sind lasergesinterte Materialien für den 3D Druck und die additive Fertigung. Die SLS Windform Verbundwerkstoffe wurden von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von CRP Technology im Hinblick auf die weltweiten Markterfordernisse entwickelt.

Windform® ist der ideale SLS Verbundwerkstoff, da er den Anforderungen des internationalen Marktes für die additive Fertigung entspricht. Die SLS Windform® Werkstoffe bieten Originalität, Innovation, Zuverlässigkeit und hohe mechanische Leistungen, hinzu kommt ein klar strukturierter Kundendienst, der sich zusammen mit der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von CRP Technology, dem führenden Anbieter im Bereich der additiven Fertigung, den Bedürfnissen und Anfragen der Kunden widmet. Die SLS Windform® Verbundwerkstoffe ermöglichen die Fertigung hochleistungsfähiger Prototypen und gewährleisten hohe Definition für größtmögliche Nähe zum Ausgangsprojekt.

Windform® GT

WERKSTOFFKLASSE: Verbundwerkstoff auf Polyamid-Basis

TECHNOLOGIE: Selektives Lasersintern

Windform GT ist ein glasfaserverstärkter Verbundwerkstoff auf Polyamid-Basis in einer intensiven, tiefschwarzen Farbe.

Durch die Handpolitur erhält das Material eine glatte, glänzende Oberfläche. Windform GT ist ein vielseitiges Produkt aus der Windform-Produktfamilie für die additive Fertigung, nicht nur unter ästhetischen Gesichtspunkten, sondern auch im Hinblick auf seine Leistungen.

Windform GT vereint hervorragende Eigenschaften wie Elastizität, Formbarkeit und Stoßfestigkeit. Insbesondere im Hinblick auf Vibrationen und Stöße ist dieses Material daher von besonderem Interesse für funktionelle Anwendungen und Anwendungen im Motorsportbereich.

Durch seine hohen Leistungen in Bezug auf Schlagzähigkeit und Bruchdehnung in Verbindung mit Zug- und Biegesteifigkeit eignet sich das Material ideal für Anwendungsbereiche, in denen „Zerstörfestigkeit” wesentliche Voraussetzung für den Schutz innen liegender Komponenten bei einem Aufprall und/oder unsachgemäßem Gebrauch ist.

Windform GT ist darüber hinaus wasserdicht, es absorbiert daher weder Feuchtigkeit noch Flüssigkeiten. Das besonders leichte Material weist zudem ausgezeichnete mechanische Eigenschaften pro Einheit der Dichte auf.

ANWENDUNGSBEREICHE:

Anwendungen im Automobilbau, die eine bestimmte Elastizität im Fahrzeug und unter der Motorhaube erfordern (beispielsweise bei Komponenten mit Steck-Einrastverbindung). Außerdem eignet es sich für Anwendungen im Motorsport, für Luftleitungen, Ansaug- und Kühlanlagen, Hydraulikleitungen, die mit Flüssigkeiten oder Ölen in Kontakt geraten, Schutzgehäuse für Sensoren und alle sonstigen Anwendungen, wo Elastizität und Stoßfestigkeit erforderlich sind (z.B. bodennahe Racing-Bauteile).

Dies sind nur einige wenige Beispiele, die Vielseitigkeit des Produktes im Verbund mit dieser speziellen Technologie bietet jedoch nahezu unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten.

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