Creación de prototipos de aluminio CNC para marcos estructurales de vehículos aéreos no tripulados y soportes de motores de drones

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La creación de prototipos de aluminio CNC es una solución de fabricación eficaz para estructuras estructurales de vehículos aéreos no tripulados, soportes de motores de drones y otros componentes aeroespaciales funcionales que requieren poco peso, resistencia mecánica, interfaces precisas y dimensiones repetibles.  El aluminio 6061 se considera ampliamente para prototipos estructurales generales debido a su maquinabilidad y propiedades equilibradas, mientras que el aluminio 7075 a menudo se selecciona cuando se requiere mayor resistencia.

Para el mecanizado de prototipos estructurales de vehículos aéreos no tripulados , los principales desafíos de fabricación no son simplemente cortar la geometría CAD. Los ingenieros deben controlar la deformación de las paredes delgadas, la eliminación de material, la sujeción de piezas, la posición de los orificios de montaje, la precisión de la superficie y los requisitos de inspección. Dawang Precision combina fresado CNC, mecanizado de 5 ejes, ingeniería DFM e inspección dimensional para respaldar a las nuevas empresas aeroespaciales desde el desarrollo de prototipos hasta la producción de bajo volumen.

 

Estructuras de aluminio CNC para drones: del CAD al componente mecanizado

Los marcos estructurales de los UAV a menudo contienen cavidades, nervaduras, orificios de montaje, superficies escalonadas y secciones de paredes delgadas para reducir el peso. Estas características crean un desafío de fabricación porque la eliminación de una gran cantidad de material cambia la rigidez de la pieza de trabajo de aluminio durante el mecanizado.

Considere una placa estructural de aluminio de un UAV que mide aproximadamente 180 × 120 × 18 mm . Después de embolsar, algunas paredes estructurales pueden reducirse a alrededor de 2 a 3 mm . La pieza puede parecer sencilla en CAD, pero el proceso de mecanizado debe tener en cuenta la rigidez cambiante del componente.

Una secuencia de fabricación práctica puede incluir:

Revisión STEP/PDF → análisis DFM → preparación de referencia → mecanizado de desbaste → semiacabado → acabado → taladrado → desbarbado → inspección dimensional → tratamiento de superficie

Durante el desbaste, el objetivo es la eliminación eficiente del material y al mismo tiempo se mantiene el material controlado para el acabado. A medida que el componente se vuelve más delgado, las fuerzas de corte y mecanizado deben gestionarse con más cuidado. Las superficies de montaje críticas y las características de ubicación generalmente se terminan después de una eliminación importante del material para mejorar la estabilidad dimensional.

Es por eso que el mecanizado CNC de estructuras de aluminio con drones  debe planificarse en función de la geometría funcional final y no simplemente de la cantidad de material que debe eliminarse.

¿Cómo se previene la deformación de paredes delgadas?

La deformación de paredes delgadas es una de las consideraciones más importantes al mecanizar estructuras ligeras de vehículos aéreos no tripulados.

Una estrategia práctica puede implicar:

·  Establecer datos estables antes de embolsarse mucho

·  Mantener suficiente material de soporte durante el desbaste

·  Dejar stock controlado para acabado

·  Ajustar el compromiso de la herramienta a medida que las paredes se vuelven más delgadas

·  Utilizar un soporte de trabajo adecuado

·  Acabado de superficies críticas en una secuencia controlada

·  Inspección del espesor de la pared y la precisión posicional después del mecanizado

La velocidad de corte, el avance, la reducción y el acoplamiento de la herramienta no deben copiarse de una tabla de mecanizado genérica. Dependen del temperamento de la aleación, el diámetro de la fresa, la geometría de la herramienta, la rigidez de la máquina, la estrategia del refrigerante y la geometría real de la pieza.

Para el trabajo de prototipos aeroespaciales, el objetivo no es simplemente la máxima tasa de eliminación de material. El objetivo es una geometría estable y repetible después de que el componente se libera del dispositivo..

Soportes de motor para drones mecanizados con CNC de precisión

Los soportes de motor para drones tienen un conjunto diferente de prioridades.

Un soporte de motor típico puede incluir un orificio central, un patrón de pernos del motor, orificios de montaje, hombros de ubicación y una interfaz estructural plana.

Por ejemplo, un soporte de motor de aluminio 7075 ilustrativo que mide aproximadamente 70 × 55 × 16 mm  puede requerir que la relación entre el orificio central y el patrón de pernos se controle con más cuidado que sus dimensiones exteriores generales.

Aquí es donde la tolerancia funcional adquiere importancia.

Las características críticas pueden requerir el control de:

·  Diámetro del agujero

·  Posición del agujero

·  Planicidad

·  Paralelismo

·  Diámetro de localización

·  Perfil o relaciones posicionales

No todas las dimensiones necesitan una tolerancia ultra estricta. La aplicación de tolerancias innecesariamente estrictas a características no funcionales puede aumentar el tiempo de mecanizado, los requisitos de inspección y el costo general del prototipo sin mejorar el ensamblaje del UAV.

Por lo tanto, un buen fabricante de soportes de motor para drones CNC  debería revisar el dibujo desde una perspectiva de ensamblaje en lugar de simplemente citar las dimensiones exactamente como se suministran.

Aluminio 6061 frente a 7075 para componentes de UAV

La elección entre 6061 y 7075 debe basarse en la aplicación.

El aluminio 6061  es una opción práctica para muchos marcos, soportes, placas de montaje y prototipos generales de UAV donde la maquinabilidad y el rendimiento equilibrado son importantes.

El aluminio 7075  se puede considerar para componentes de mayor carga, como soportes de motor, conectores estructurales y otras aplicaciones donde el rendimiento de relación resistencia-peso es más exigente.

Las estructuras de los UAV también pueden combinar componentes de aluminio CNC con láminas de fibra de carbono . La fibra de carbono puede proporcionar secciones estructurales livianas, mientras que el aluminio mecanizado proporciona interfaces de montaje, orificios roscados, características de ubicación y conexiones de motor precisas.

Se debe considerar la interfaz entre el aluminio y la fibra de carbono durante el DFM porque la posición de los orificios, el espacio libre de los sujetadores, las superficies de contacto y la secuencia de ensamblaje pueden influir en la estructura final.

¿Cuándo deberían los componentes de UAV utilizar el mecanizado CNC de 5 ejes?

No todos los prototipos de UAV requieren mecanizado en 5 ejes.

Se pueden producir placas y soportes simples de manera eficiente mediante mecanizado CNC de 3 ejes. Los componentes estructurales más complejos con superficies en ángulo, geometría compuesta o caras de difícil acceso pueden beneficiarse del mecanizado en 5 ejes.

Dawang Precision opera centros de mecanizado avanzados de 5 ejes Röders y Mazak.

Dependiendo de la geometría, el mecanizado de 5 ejes puede reducir las configuraciones, mejorar el acceso a las herramientas y mantener relaciones más consistentes entre múltiples superficies.

El método de mecanizado correcto debe estar determinado por la geometría de la pieza, la tolerancia, la cantidad, los requisitos de inspección y el coste de producción , en lugar de elegir el mecanizado de 5 ejes simplemente porque esté técnicamente disponible.

Proceso de mecanizado de prototipos de UAV

Para las nuevas empresas aeroespaciales, el mecanizado de prototipos debe verse como parte del ciclo de desarrollo del producto.

Un flujo de trabajo típico es:

1. Revisión CAD/STEP
Verificar geometría, material, tolerancias y características funcionales.

2. Análisis DFM
Identifique paredes delgadas, cavidades profundas, acceso difícil a herramientas, riesgos de sujeción de piezas y tolerancias innecesarias.

3. Planificación de procesos
Seleccione máquinas, cortadores, accesorios, secuencia de mecanizado y métodos de inspección.

4. Mecanizado CNC
Realice desbaste, semiacabado y acabado final de acuerdo con la geometría del componente.

5. Inspección
Verifique las dimensiones críticas, las interfaces de montaje y las características funcionales.

6. Validación del ensamblaje
Verifique el ajuste con el motor, el marco, los sujetadores o los componentes acoplados.

7. Revisión del diseño
Utilice comentarios del prototipo para mejorar la próxima iteración de ingeniería.

8. Producción de bajo volumen
Optimice los accesorios, las herramientas y la inspección para repetir la fabricación.

Este flujo de trabajo del prototipo a la producción es particularmente útil para las nuevas empresas aeroespaciales que pueden necesitar varias iteraciones de diseño antes de finalizar una plataforma UAV.

Mecanizado CNC versus impresión 3D para prototipos de UAV

La impresión 3D es útil para modelos conceptuales iniciales, validación de formularios e iteraciones rápidas de diseño.

El mecanizado CNC se vuelve más atractivo cuando el prototipo debe representar un componente funcional de aluminio.

La pregunta clave no es simplemente qué tecnología es 'mejor', sino qué necesita validar el prototipo..

Revisión DFM gratuita para su prototipo de UAV

Dawang Precision tiene 26 años de experiencia en fabricación de precisión y más de 400 máquinas herramienta avanzadas , incluidos los centros de mecanizado de 5 ejes Röders y Mazak.

Nuestro equipo de ingeniería puede revisar su componente UAV para:

· Selección de materiales

· Riesgos del mecanizado de paredes delgadas

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