Hazlo tú mismo: Cómo hacer un dron

Los drones comerciales de grandes fabricantes como Skydio o DJI son baratos y fáciles de comprar, pero obtienes exactamente el producto que venden. Personalizar esos drones para tus propios fines puede resultar difícil. 

Incluso los kits de drones prefabricados pueden limitar tu capacidad de tomar decisiones de diseño para optimizar la velocidad o tu capacidad de aprovechar materiales que ya tengas para reducir los costes. Construir tu propio dron puede facilitarte la tarea de personalizarlo para el uso que quieras darle. En esta guía, detallaremos la construcción de un dron paso a paso, proporcionaremos una nomenclatura de materiales fácilmente accesible (y personalizable) y hablaremos de las ventajas de los distintos métodos, materiales y componentes. 

Antes de construir tu propio dron (más adelante veremos el proceso de diseño de un cuadricóptero), debes comprender las nociones básicas del diseño y del funcionamiento de los drones. 

En primer lugar, ¿por qué un cuadricóptero? Los drones cuadricópteros se utilizan para carreras de drones, vigilancia, investigación, supervisión de obras y mucho más. Su principal ventaja es su maniobrabilidad y su capacidad para flotar de forma estática en un mismo sitio, lo que los hace idóneos para usos de monitorización como el reconocimiento del escenario de un crimen o la cartografía agrícola. En cambio, los drones con forma de avión (llamados "de ala fija") que se utilizan en el ámbito militar están orientados a largos tiempos de vuelo y a llevar cargas pesadas. 

Aunque puedes construir un dron de ala fija, los procesos de aterrizaje y despegue son más complicados, y si es la primera vez que construyes y diseñas uno, el diseño de un cuadricóptero será más sencillo. 

Los drones cuadricópteros se elevan del suelo gracias a sus motores que empujan el aire hacia abajo, creando "sustentación". Dos de los motores del cuadricóptero giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que los otros dos giran en sentido antihorario. Estas fuerzas opuestas mantienen el equilibrio del cuadricóptero; piensa en un helicóptero que crea sustentación con su hélice principal, que tiene que ser equilibrada por el pequeño rotor de la cola para mantenerse nivelado; se equilibra en el aire modulando la fuerza de las dos "sustentaciones" distintas. 

El chasis de tu dron es importante, ya que representa la mayor parte del tamaño de tu dron y debe ser duradero, ligero y resistente. La función del chasis del dron es servir de base para tus componentes electrónicos y como punto central de conexión para los brazos de los motores. La distancia de una pala de la hélice a la otra es la forma en que se mide el tamaño de los drones, de modo que un "dron 550" mide 550 mm de una punta de la hélice a otra. La mayoría de los drones FPV, como los modelos más populares de DJI, tienen entre 200 y 300 mm de diámetro, lo que los hace rápidos y ágiles. Sin embargo, lo que estos chasis de drones ganan en agilidad, a menudo lo pierden en tiempo de vuelo, ya que sus chasis de tamaño reducido no pueden llevar baterías grandes y eso los limita a menos de una hora de tiempo de vuelo. 

La mayoría de los chasis de drones producidos en serie se fabrican utilizando plásticos moldeados por inyección como el ABS. Para el dron que vas a construir, puedes comprar componentes de ABS para el chasis y los brazos de los rotores, o puedes comprar chasis de fibra de carbono, que son fáciles de mecanizar y montar. O también podrías utilizar la impresión 3D para diseñar un chasis único que se pueda construir específicamente para tu aplicación, reuniendo motores, cableado, baterías y componentes de navegación que, de otro modo, normalmente no podrían usarse juntos. En resumen: construir tu propio dron te da libertad de elección, y la impresión 3D la lleva al siguiente nivel eliminando las limitaciones de los "kits" de construcción de drones preestablecidos.

Las impresoras 3D SLA permiten fabricar los chasis de los drones con materiales como la Tough 1500 Resin V2 de Formlabs, que puede soportar los mismos impactos que el polipropileno moldeado por inyección. Otra opción sería un polvo de SLS como el Nylon 12 Tough Powder, que se puede construir sin soportes, dando acceso a geometrías orgánicas optimizadas para ofrecer una buena relación resistencia-peso. 

^{Los materiales impresos en 3D han avanzado mucho y pueden soportar esfuerzos e impactos repetidos sin dejar de ser funcionales. Las resinas para SLA de Formlabs, como la Tough 1500 Resin V2 (izquierda), y los polvos para SLS, como el Nylon 12 Tough Powder (derecha), se han diseñado para ofrecer resistencia funcional y resistencia a los impactos, lo que los hace perfectos para su uso en drones.}

Antes de elegir los componentes, el primer paso para diseñar y fabricar tu propio dron personalizado es establecer algunos parámetros iniciales respondiendo a las siguientes preguntas:

• Aplicación: ¿Cómo puedo optimizar el diseño para su finalidad? 

  • Todos los drones necesitan equilibrar su integridad estructural con su peso, de modo que puedan llevar su carga útil sin agotar su fuente de alimentación con demasiada rapidez. 

  • Los drones de reparto tienen que ser grandes y disponer de una gran fuente de alimentación para transportar objetos pesados. Los drones de carreras deben ser ligeros y muy maniobrables, y los drones de vigilancia deben optimizar su diseño para poder albergar un sistema de cámaras de alta calidad. 

• Normativa: ¿A qué normativa tengo que prestar atención? 

  • La legislación varía según el país. Por ejemplo, en EE. UU., los drones de menos de 250 gramos de peso se pueden pilotar (con fines recreativos) sin que el operario tenga licencia de la Administración Federal de Aviación (FAA), mientras que los de 250 gramos o más deben ser pilotados por un operador con licencia de la FAA y necesitan obtener un permiso local para volar en determinadas zonas. Para obtener la licencia, hay que pasar por un examen escrito y pagar una tasa. 

  • Todos los drones deben volar por debajo de los 400 pies (aprox. 120 metros) de altura, y no pueden volar a menos de 8 kilómetros de un aeropuerto. 

• Coste: ¿Cuánto debo gastar en componentes? 

  • Mezcla y combina componentes comerciales para ajustarlos a tu presupuesto. Lo bueno de utilizar la impresión 3D para el chasis y los brazos de tu dron es que puedes construir el chasis a partir de un conjunto variado de componentes menos caros que no se podrían incluir en un chasis estándar.

Elige entre usar para tu dron componentes comerciales, un kit de dron preestablecido o un diseño completamente original (y cómo conseguir que se fabriquen esas piezas). La mayoría de los kits de drones vienen con instrucciones para su construcción, así que en esta guía nos centraremos en construir tu propio dron con un diseño completamente original y utilizando la impresión 3D para los componentes no eléctricos. Sin embargo, en lo que respecta a los kits de drones y los modelos comerciales, la impresión 3D puede proporcionar un buen método de fabricación de piezas de recambio o de piezas que mejoren, aseguren o adapten de otro modo un dron prefabricado.

A modo de ejemplo, vamos a recorrer paso a paso el proceso de montaje para diseñar y construir un dron de visión en primera persona (FPV) hecho para cumplir las normativas de la FAA y la NDAA en EE. UU..

1. Identifica los parámetros: 

   1. Puede superar los 250 gramos

   2. Tiene identificador remoto 

   3. Tiene GPS 

   4. Dispone de cámara y tecnología de transmisión visual

   5. Utiliza una batería estándar para un pequeño sistema aéreo no tripulado (sUAS): Batería HRB de polímero de litio 6S XT60 (2 piezas)

   6. Motores de estilo cuadricóptero

2. Elige tus componentes comerciales. Consulta la nomenclatura de materiales completa en el Apéndice. 

3. Elige el diseño de tu dron: ala fija, cuadricóptero con brazos espaciados, cuadricóptero con chasis tubular para las hélices

   1. Optimiza el diseño para incluir elementos ligeros como entramados o celosías.

   2. Pasa tu diseño por un programa de diseño generativo para encontrar la mejor combinación posible de peso y resistencia, eliminando el volumen innecesario.

4. Elige un proceso de impresión 3D:

   1. Para este dron, necesitamos un material resistente que pueda soportar el peso de la batería de polímero de litio, sin ser demasiado grande ni voluminoso. También necesitamos que el chasis del dron soporte algunos impactos y resista la exposición a los rayos UV. 

   2. La mejor manera de optimizar la resistencia y el peso sin dejar de tener en cuenta los componentes comerciales que vamos a usar es construir el dron mediante impresión 3D SLS. Con la Fuse 1+ 30W de Formlabs, podemos compactar todas las piezas del dron para incluirlas en una única cámara de impresión, imprimir dichas piezas fácilmente sin soportes y entregar un dron totalmente impreso con un posacabado mínimo en menos de 24 horas. 

5. Elige un material de impresión 3D:

   1. Para maximizar la resistencia y durabilidad del chasis de nuestro dron, vamos a elegir el Nylon 12 Tough Powder de Formlabs para los brazos, la placa de componentes y la cubierta, y el TPU 90A Powder para los pequeños separadores, la montura de la cámara y la montura del GPS. 

   2. Las piezas de Nylon 12 Tough Powder son muy dúctiles y tienen una excelente precisión dimensional. Este material con un índice de renovación de solo el 20 % también resulta muy rentable de imprimir.

   3. El TPU 90A Powder es perfecto para monturas que necesitan absorber impactos y mantener a salvo instrumentos delicados como la cámara y el módulo GPS. En este chasis de dron, vamos a cortar la montura del GPS para pasar un cable por ella, que es algo que se puede hacer con el TPU 90A Powder, pero no con otros polvos para SLS. 

6. Impresión y posacabado:

   1. Sigue las instrucciones para la impresión y el posacabado.

      1. Los separadores son bastante pequeños, por lo que no es difícil que se pierdan de vista entre el polvo sobrante. Crea una jaula de piezas para localizarlos con facilidad o imprímelos como parte de una cuadrícula que puedas cortar más tarde. 

   2. Para nuestro dron impreso en 3D mediante SLS, habrá que imprimir con Nylon 12 Tough Powder en una impresora y con TPU 90A Powder en la otra. 

      1. Retira el polvo no sinterizado. En el caso de las impresiones SLS, esto se puede hacer en la Fuse Sift. 

      2. En lo que respecta al granallado, no granalles las impresiones de las piezas de TPU 90A Powder (las monturas y los separadores).

7. Monta tu dron impreso en 3D: 

   1. Puedes seguir la construcción de nuestro dron con el director de productos de Building Momentum, Henry Sullivan. 

Para saber más acerca de la serie Fuse, visita nuestra página. Si deseas explorar la posibilidad de probar componentes de drones impresos en 3D mediante SLS para tu proyecto, ponte en contacto con nuestro departamento de ventas.