- Un drone VTOL fabriqué avec une imprimante 3D a réussi à parcourir 130 miles (environ 210 km) et à voler pendant 3 heures sur une seule charge, ce qui en fait l’un des VTOL imprimés en 3D avec la plus grande portée et la plus longue endurance au monde
- Le projet a commencé sans aucune expérience en CAD, impression 3D ou conception aérodynamique, et a été mené à bien en seulement 90 jours, de la conception à l’impression, l’assemblage et le vol, en totale autonomie
- Une imprimante 3D Bambu A1 et du matériau foaming PLA ont été utilisés pour la première fois, avec de nombreux tâtonnements autour du réglage des paramètres, de l’amélioration de la qualité des matériaux, du sourcing des pièces et du dépannage des pertes de puissance
- Les détails complets du processus de conception et de construction du projet n’ont pas encore pu être entièrement publiés en raison du montage vidéo et de la charge de travail, mais davantage de savoir-faire pourra être partagé sur demande
- Le projet a suscité un vif intérêt, notamment avec un quote tweet d’influenceurs du secteur comme Reid Hoffman, et représente une expérience particulièrement marquante dans la tentative de développer un eVTOL personnel
Aperçu du projet et motivation
- Un drone VTOL (décollage et atterrissage verticaux) directement conçu et imprimé en 3D a réussi un vol continu de 130 miles et 3 heures sur une seule charge
- Le défi a été relevé en partant d’un niveau de parfait débutant, sans aucune expérience préalable en CAD, impression 3D ou analyse aérodynamique
- En seulement 90 jours, l’auteur a mené seul l’ensemble du processus, de la conception à l’approvisionnement des pièces, l’assemblage et le vol
Tâtonnements et progression
- L’imprimante 3D Bambu A1 et le matériau foaming PLA faisaient partie des nombreux outils et matériaux utilisés pour la première fois dans ce projet
- En CAD, l’auteur est parti d’un niveau limité aux esquisses de base et aux extrusions simples, avant d’apprendre par lui-même la conception d’un appareil VTOL et la simulation aérodynamique
- Sourcing des pièces, amélioration de la qualité d’impression, dépannage des pertes de puissance : chaque étape a apporté son lot de difficultés et de savoir-faire pratique
Processus avancé de conception et de fabrication non publié
- En raison du montage vidéo et du volume de contenu, le choix des paramètres de conception de l’appareil, la conception CAD de l’airframe, l’approvisionnement des pièces, l’amélioration de la qualité d’impression et l’analyse des pertes de puissance, entre autres aspects approfondis, n’ont pas tous pu être traités
- L’auteur est disposé à partager davantage de savoir-faire sur la conception et la fabrication si cela intéresse les lecteurs
Réactions de la communauté et objectifs à venir
- Reid Hoffman a notamment relayé le projet avec un commentaire du type : « autrefois, il fallait un frère et une usine de vélos ; aujourd’hui, il suffit du bon toolchain », ce qui a valu au projet une forte attention de l’industrie et de la communauté
- Fort de cette expérience, l’auteur prévoit de continuer à relever le défi du développement d’un appareil eVTOL personnel
- Une démonstration que même sans être professionnel, il est désormais possible de développer des drones et aéronefs avancés avec une imprimante 3D, des connaissances open source et un esprit d’expérimentation
3 commentaires
Hum, mon imprimante Bambu ne sert qu’à imprimer des composants de jeux de société pour l’instant..
Le foaming PLA est un filament spécial que Bambu a baptisé PLA Aero.
Des bulles se forment à l’intérieur, ce qui permet d’obtenir une faible densité et un poids réduit. À volume égal, le poids est d’environ 50 %
Waouh… en l’enfermant pendant 90 jours, on pourrait même obtenir une arme, haha.
Commentaires sur Hacker News
Je me demande comment cela se compare à une structure en mousse. La personnalisation et la structure de remplissage non solide des pièces imprimées en 3D sont clairement des avantages. En termes de rigidité, une structure imprimée en 3D n’est pas aussi efficace que la fibre de carbone pour un quadricoptère, mais pour une voilure fixe, cela semble être une alternative assez intéressante à la mousse. Sur un quad, les problèmes de rigidité sont exacerbés, mais pour un appareil comme celui-ci, qui ne fait que décoller et atterrir simplement, ce n’est pas très important, sauf en cas d’accélérations/manœuvres extrêmes comme sur un drone haute performance. Si vous voulez essayer, les composants utilisés sont probablement tous des COTS chinois standard achetables sur Amazon et ailleurs. ArduPilot, utilisé comme firmware, est excellent en flexibilité et en stabilité, mais son UX fait partie des pires pour la configuration. La plupart des UAS commerciaux utilisent presque sans exception PX4
J’ai utilisé du PLA moussant à paroi simple, mais la résistance aux chocs est faible et c’est clairement très brittle. C’est plus fragile que la mousse de base la moins chère, l’EPP ou l’EPO. En pratique, cela a posé problème lors des crashes ou de la récupération. Mon premier VTOL d’il y a quelque temps était en foamcore Readyboard, et même après une chute de 12 pieds sur l’asphalte, il n’avait subi qu’une simple compression, sans besoin de remplacement. Si j’en réimprime un à l’avenir, je pense ajouter des dovetails ou des clips pour renforcer la durabilité. Pour l’avionique et la propulsion, j’ai utilisé du COTS pour un approvisionnement rapide. Les batteries Amprius sont fabriquées aux États-Unis, mais tout le reste vient de Chine. L’usage commercial d’Ardupilot augmente aussi progressivement, mais son UX reste clairement déroutante
Le matériau PLA est lourd et très brittle, donc c’est un choix bien moins adapté que la mousse pour faire voler un drone. Même un atterrissage un peu rude peut casser facilement les pièces. Si l’avion est lourd, ses performances de vol se dégradent aussi. Cela dit, son avantage est qu’on peut immédiatement réimprimer une pièce cassée. Rien que pour ça, le PLA peut en valoir la peine. L’ABS est plus durable et plus léger, mais reste lourd par rapport à la mousse. Et l’impression ABS a aussi ses contraintes
Dans les systèmes commerciaux, on achète quelque chose où le fabricant a déjà fait le travail d’intégration et de finition, donc une UX de configuration peu conviviale n’est pas un gros problème. La principale raison pour laquelle la plupart des UAS commerciaux utilisent PX4 tient aux différences de licence et de politique de maintenance. ArduPilot est en GPLv3 et convient davantage à la communauté et au hobby, tandis que PX4 est en BSD. Les fabricants commerciaux veulent éviter d’avoir à ouvrir le code source de leurs personnalisations, même s’il n’y a rien de spécial dedans ; ils n’aiment simplement pas devoir le publier
J’ai été surpris de voir l’usage de cellules de batterie récentes comme l’Amprius SA08. Le pack batterie coûte environ 1 300 dollars, mais comme on le voit dans Batemo Cell Explorer, c’est actuellement ce qui offre la plus forte densité énergétique par poids sur le marché
Je réalise des missions de cartographie par drone sur un terrain de 200 acres. Pour l’instant, j’utilise dronelink et des drones DJI. Au total, cela prend environ 3 heures de vol, avec environ 35 minutes d’autonomie par batterie. J’ai 4 batteries, et pour voler en continu, il faut les recharger au rythme de la consommation, ce qui ne suit pas même avec un chargeur quadruple. S’il existait un drone à voilure fixe capable de voler sur une grande zone en prenant des photos en continu, je serais très intéressé. Mais l’auto-construction/la programmation semble bien plus complexe que l’usage d’un drone DJI prêt à l’emploi. De plus, le relief est marqué et l’espace aérien voisin est interdit, donc les virages ne sont pas simples non plus. J’aimerais avoir l’avis de l’auteur ou de personnes expérimentées : pour cette mission, un appareil à voilure fixe vaut-il le coup, ou est-il plus économique d’acheter simplement plus de batteries pour un quadricoptère ?
Très bonne question ! Il n’existe pas vraiment de VTOL commercial à moins de 5 000 dollars capable de voler 3 heures d’affilée. Et il est difficile d’en trouver un aussi simple à utiliser que DJI. Si vous êtes prêt à vous lancer dans le DIY et à apprendre à utiliser Ardupilot ou PX4, ce dernier étant plus simple, vous pourriez assembler un kit comme le Heewing T2 VTOL. Mais même avec des batteries de densité énergétique comparable, dépasser 2 heures de vol sera probablement difficile
Au lieu d’essayer de tout faire avec un seul appareil, je recommanderais plutôt de faire voler dix drones en même temps, avec travail et recharge en parallèle
Pour 200 acres, il ne faut pas 4 heures mais 20 à 25 minutes, à une altitude de vol de 120 m et avec 75–65 % de recouvrement. Avec un Mavic 3, on peut aussi obtenir un GSD de 3,5 cm/px. Je recommanderais de vous concentrer sur l’optimisation du recouvrement et de l’altitude de vol
Le drone à voilure fixe eBee X semble adapté à votre usage
Si vous avez du temps, vous pouvez entrer dans le monde du FPV DIY. Le châssis, les moteurs, les ESC, le contrôleur, tout peut être remplacé soi-même. Vous obtenez beaucoup plus de contrôle et de satisfaction qu’avec DJI. Mais il faut bien réfléchir au temps à y consacrer et à l’intérêt économique
Je me demande s’il serait possible d’utiliser les quatre moteurs de quadricoptère pour contrôler le lacet, le tangage et le roulis sans surfaces de contrôle. Si on supprimait les servos inutiles pour gagner du poids, je me demande si cela pourrait compenser la consommation supplémentaire de batterie
Bonne question. Faire tourner en permanence les moteurs de sustentation en phase de croisière est pénalisant en termes d’efficacité énergétique. S’il y a plusieurs moteurs de croisière aux extrémités de l’aile par rapport au CG, on pourrait imaginer provoquer le roulis par poussée différentielle, mais cela est peu utilisé à cause du rendement. Le poids des servos ne représente qu’une part infime de l’appareil total
Je me demande comment vous feriez pour contrôler le lacet
Ce projet est vraiment impressionnant. Je me demande comment vous avez commencé à acquérir les connaissances et compétences nécessaires, et à quels moments il a fallu apprendre de nouvelles choses. Je suis aussi curieux de savoir jusqu’où vous avez personnalisé Ardupilot, et si le mode de contrôle du drone est particulier
Merci ! Pour le vol stationnaire, la transition et le vol de croisière, j’utilise tous les contrôles standard d’Ardupilot. Côté firmware, je n’ai personnalisé que les paramètres et le tuning
Ardupilot est vraiment un logiciel très mature. Le HUD de beaucoup de vidéos de drones venant d’Ukraine repose aussi presque toujours sur Ardupilot. Presque tout ce que vous imaginez possible est pris en charge. Avions, hélicoptères, VTOL, speedboats, voiliers, tout est possible
On dirait qu’on peut faire du VTOL avec Ardupilot de base, sans personnalisation particulière
C’est impressionnant au point qu’on a du mal à croire que cela ait été réalisé par un amateur. Utiliser des moteurs séparés pour le vol vertical et horizontal simplifie la conception, mais cela crée aussi l’inefficacité d’une forte traînée des moteurs verticaux en vol horizontal. Si c’est important, cela peut devenir un problème ; mais à l’inverse, vouloir faire pivoter les moteurs ajouterait du poids et réduirait sans doute l’autonomie
En réalité, l’inefficacité de cette configuration n’est pas si grande. On peut dimensionner de façon optimale le moteur et l’hélice de croisière, ce qui apporte un gain d’efficacité non négligeable. Dans une configuration tilt rotor/wing/body, le moteur de croisière doit aussi contribuer à la portance, donc il ne tourne pas à son régime optimal en croisière. Or le vol stationnaire consomme 4 à 7 fois plus de puissance que la croisière ; dans ce cas, le moteur fonctionne hors de sa plage optimale. Le CTO d’Archer, Munoz, a déjà évoqué publiquement ce point
Wing utilise déjà un design presque identique. On peut supposer qu’une optimisation a été menée via analyse et simulation sur de nombreux axes comme le coût, l’autonomie, la complexité et la sécurité
[Référence au design de Wing Aviation](https://en.wikipedia.org/wiki/Wing_Aviation#/media/File:Wing_delivery_Vuosaari_3.jpg)
Les conceptions DIY de VTOL tiltrotor sont vraiment très variées. À titre de référence, voici un exemple de VTOL tiltrotor sur Hackaday
Ajouter un mécanisme tiltrotor n’apporterait pas grand-chose pour l’échelle et l’objectif de ce projet, compte tenu du surcroît de complexité et de poids. En revanche, il est vrai qu’avoir des moteurs/hélices séparés augmente le poids et la traînée
Petite autopromo : Aliptera combine les quatre moteurs en tiltrotor avec une structure d’aile originale qui fournit aussi de la portance en mode de vol vertical. Cela permet de réduire davantage la taille des moteurs et d’améliorer aussi l’efficacité en vol horizontal
C’est vraiment génial. J’aimerais que beaucoup de gens y trouvent l’inspiration pour construire eux-mêmes ce qu’ils aiment. « Il suffit de le faire, et on peut apprendre. » Pas besoin d’autorisation, de cours, de diplôme ou de mentor
La phrase « il y a 100 ans, pour devenir un pionnier de l’aviation, il fallait un frère et un atelier de vélos. Aujourd’hui, il suffit d’avoir la bonne toolchain » m’a marqué. Dans les catégories où la boucle de matérialisation (imagination → réalité) existe déjà, elle se réalise le plus rapidement
Vraiment impressionnant. Je me demande à quel point les surfaces de contrôle sont importantes dans une conception multirotor
Cela fait longtemps que la fabrication m’intéresse, mais je ne me suis jamais encore lancé. J’aimerais qu’il existe des plans de construction détaillés et des tutoriels pensés pour les débutants. Je serais aussi prêt à faire un don au projet ou à soutenir un Patreon