Comment Skydio innove dans le secteur des drones autonomes avec le soutien de Formlabs
La gamme des drones sans pilote de Skydio est utilisée par des professionnels de divers secteurs, des services énergétiques aux interventions en cas de catastrophe, et bien plus encore. Photo gracieuseté de Skydio.
Partout dans le monde, les fabricants tentent de réagir et de s'adapter à l'avancée de l'intelligence artificielle, mais un producteur de drones a établi une nouvelle norme en matière de systèmes basés sur l'IA. Skydio est l'un des principaux fabricants américains de drones et l'un des leaders mondiaux du vol autonome. Sa gamme de systèmes aériens sans pilote (UAS) et ses nouveaux produits Dock ouvrent de nouvelles possibilités dans des secteurs tels que l'approvisionnement en énergie, les transports, la sécurité publique, la recherche environnementale et bien d'autres encore.
Les équipes d'ingénieurs et de concepteurs de Skydio utilisent les imprimantes stéréolithographiques (SLA) Formlabs Form 3+ dans la phase de développement des produits pour les prototypes afin de les rapprocher le plus possible des conceptions finales de la production de masse. Les imprimantes Form 3+ peuvent tout faire, des tests fonctionnels à l'outillage et aux fixations , en tirant parti de la vaste gamme de matériaux proposée par Formlabs. Skydio propose deux types de drones, le Skydio 2+ et le Skydio X2, un drone robuste destiné aux entreprises et à la défense. Ils ont également introduit le Skydio Dock, un nouveau produit innovant qui permet de déployer des drones sur des sites éloignés et de transmettre des informations sans interaction humaine ni surveillance.
Eric Weinhoffer, spécialiste principal du développement du matériel, nous a parlé de leur flux de travail, de la conception à la production, et de la manière dont l'impression 3D aide l'équipe chargée du matériel à suivre le rythme du développement logiciel avancé de Skydio.
Ce qui distingue Skydio
Aux débuts de l'industrie des drones, les UAS, parfois appelés véhicules aériens sans pilote (UAV), nécessitaient un télépilote aux commandes. Pour faciliter une connexion fiable, le pilote devait être physiquement proche du drone, ce qui limitait sa portée et son efficacité. Ces dernières années, les fabricants de drones ont commencé à intégrer divers niveaux d'autonomie dans leurs systèmes, donnant accès à de nouveaux cas d'utilisation et permettant une collecte d'informations plus approfondie.
Skydio a devancé la concurrence en se concentrant d'abord sur le développement de logiciels et en introduisant un système de vol entièrement autonome. « Dans le passé, le pilotage de ces drones demandait beaucoup de compétences. Avec les drones traditionnels, il y aurait de nombreux accidents, ou tout simplement des vidéos de très mauvaise qualité. Nos drones ne s'écrasent pas : non seulement ils fournissent une image parfaite, mais ils évitent également les arbres, naviguent intelligemment et peuvent suivre des sujets automatiquement. Nous sommes les leaders mondiaux en matière de vol autonome », déclare M. Weinhoffer.
Ce niveau d'autonomie ouvre tout un monde de nouvelles possibilités pour les drones. Les organismes de sécurité publique peuvent les utiliser lors de l'étude d'un accident ou d'une scène de crime pour reconstituer numériquement ce qui s'est passé, sans avoir à déployer de personnel pour surveiller le drone ou à payer pour louer un service. Les services publics, les entreprises de génie civil et les agences d'État font appel aux drones Skydio pour effectuer des inspections approfondies de leurs sites et peuvent déployer des drones avec un dock installé en permanence, ce qui permet d'assurer une surveillance quasi-continue sans ressources supplémentaires. Ces applications étant souvent situées dans des zones difficiles d'accès, les drones de Skydio doivent être durables et bien conçus. L'impression 3D SLA leur permet de se rapprocher le plus possible de la pièce finale moulée par injection lorsqu'ils évaluent les besoins de leurs prototypes.
Des compromis permanents sur le poids, la vitesse et l'autonomie
M. Weinhoffer et l'équipe de développement matériel s'appuient sur les imprimantes Form 3+ et toute une série de résines Formlabs pour les aider à suivre le processus de développement à grande vitesse de l'équipe logicielle de Skydio. Photo gracieuseté de Skydio.
La conception de drones est en grande partie une affaire de compromis. Les drones renforcés ne peuvent pas voler aussi longtemps que les drones plus légers. Les drones très légers ne peuvent pas supporter la puissance de calcul nécessaire à un fonctionnement autonome. Mais si tous les composants de calcul nécessaires au vol autonome sont intégrés, cela augmente la masse et influence donc le temps de vol. Il s'agit d'une série constante de légères modifications de la conception, d'ajustements progressifs et de tests approfondis. « Nous chargeons à bord une très grande puissance de traitement de données pour soutenir le vol autonome. Chaque décision est un compromis de performance qui affecte chaque élément du matériel et de l'électronique. »
Pour apporter de petites modifications à la géométrie des composants et tester leur incidence sur le temps de vol ou la résistance aux chocs, les équipes chargées du matériel impriment des pièces pendant la nuit afin de soutenir le processus de développement.
« La rapidité de l'impression 3D nous permet d'envisager certains compromis. Nous pouvons comparer deux géométries légèrement différentes et tester ces compromis. »
Eric Weinhoffer, spécialiste principal en développement de matériel informatique
La capacité de Skydio à prendre rapidement ces décisions et à mettre en place des protocoles d'essai lui a permis de respecter les délais et de décrocher des contrats. De nombreux fabricants de drones ont répondu à un appel d'offres ouvert pour un grand programme du gouvernement américain. Les participants ont été soumis à un calendrier strict et compétitif pour présenter des produits répondant aux spécifications du gouvernement. Skydio a pu remporter l'appel d'offres parce qu'elle était capable de développer rapidement du matériel, notamment grâce à ses imprimantes Formlabs.
« Nous n'avions pas le contrôle de la date : il était essentiel que nous développions le matériel et le logiciel ensemble. Ce sont les délais de fabrication des pièces de production qui nous ont le plus gênés. La Form 3+ a immédiatement fonctionné sans interruption, et il a été très facile de changer le matériel nécessaire », explique M. Weinhoffer.
L'équipe de développement matériel de Skydio conserve ses machines SLA empilées et facilement accessibles afin que les imprimantes puissent fonctionner en continu, ce qui permet à l'équipe de réaliser des prototypes et des tests presque en permanence. Photo gracieuseté de Skydio.
Finalisation des conceptions et tests fonctionnels
Dans un environnement de test externe tel que l'appel d'offres fédéral, il est essentiel de disposer de pièces imprimées en 3D qui peuvent simuler la robustesse et la durabilité, ainsi que la résistance et la rigidité des pièces moulées par injection ou usinées. Bien que Skydio utilise des pièces imprimées par dépôt de fil fondu (FDM) pour des tests rapides de forme ou d'ajustement, elle s'appuie sur les machines Formlabs pour les tests fonctionnels des prototypes finaux. « Le SLA est incroyable, parce qu'il s'agit d'une question de vitesse et de capacité à se rapprocher le plus possible de la pièce de production, le plus rapidement possible. Il est incroyable d'avoir des pièces dont les propriétés sont aussi proches de celles du matériau de production », déclare M. Weinhoffer.
Skydio utilise Rigid 4000 Resin pour son équilibre entre la résistance à la chaleur, la résistance aux chocs et la solidité, et Tough 2000 Resin pour sa similitude avec les plastiques moulés par injection. La clarté de la surface de Clear Resin fait partie intégrante des phases d'inspection pour voir comment les fils passent à l'intérieur des drones à forte composante électronique. Pour les applications d'outillage rapide ou les essais fonctionnels de nouveaux joints, les équipes utiliseront Elastic Resin ou Durable Resin.
« Les pièces de Formlabs ont l'aspect et la sensation de pièces moulées solides. La possibilité de se rapprocher de ce que sera la pièce produite en série est vraiment incroyable. En appliquant cela à d'autres aspects tels que l'ajustement et la finition de surface, nos concepteurs ont une meilleure idée de la façon dont une pièce va se comporter, ou ils peuvent sentir la masse d'une pièce dans leurs mains et effectuer des tests de chute ou des vols de prototypes. Ils nous donnent la confiance nécessaire pour les soumettre à des essais en vol »
Eric Weinhoffer, spécialiste principal en développement de matériel informatique
Outillage rapide et aides à la fabrication pour des fournisseurs aérospatiaux de toute taille
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Fixations pour essais fonctionnels
La résistance est importante pour les dispositifs de test ainsi que pour les composants embarqués. L'équipe concevra des dispositifs d'essai pour les composants des drones sur les imprimantes Form 3+ afin de tirer parti de la résistance mécanique de Rigid 4000 Resin ou de la résistance aux chocs de Tough 2000 Resin.
Au cours de la phase de test des radiofréquences (RF) du développement du drone, l'équipe place les pièces du drone dans une chambre de mesure d'antenne qui élimine les ondes radio externes. Ils avaient besoin d'une fixation solide pour maintenir les pièces sur un plateau tournant robotisé, mais ne pouvaient pas utiliser de métal car cela aurait perturbé l'expérience. M. Weinhoffer a conçu un dispositif et l'a imprimé en Rigid 4000 Resin pour le fixer à la chambre et maintenir les antennes dans un alignement correct pour les tests.
Dans une chambre RF (radiofréquence), des fixations imprimées en 3D maintiennent en position les pièces finales. Les fixations métalliques sont à la fois coûteuses et risquent de perturber les essais RF. C'est pourquoi des pièces imprimées en 3D à la demande sont intégrées, comme celle-ci, imprimée en Rigid 4000 Resin. Photo gracieuseté de Skydio.
Dans un autre cas, l'équipe avait besoin d'une solution pour prototyper en interne des isolateurs de vibrations en caoutchouc, car demander des variations de ces composants souples à des fournisseurs aurait été coûteux et aurait pris beaucoup de temps. S'inspirant d'un livre blanc de Formlabs, l'équipe de développement du matériel a imprimé plusieurs moules qui ont été utilisés pour tester la capacité d'isolation des vibrations de plusieurs conceptions différentes.
« Le plus grand avantage est de loin la large gamme de matériaux et de propriétés des résines Formlabs. »
Eric Weinhoffer, spécialiste principal en développement de matériel informatique
Production de pièces en silicone avec des outils imprimés en 3D
Ce rapport fournit un guide étape par étape sur l'impression 3D d'outillage pour la production de pièces en silicone, avec des meilleures pratiques et des études de cas.
Des imprimantes faciles à utiliser
Les drones aident les organismes de sécurité publique à collecter des informations sur les sites de catastrophes ou les scènes de crime tout en maintenant le personnel à l'abri du danger.
Les équipements de production d'énergie se trouvent souvent dans des zones difficiles d'accès, mais les drones et les produits Dock de Skydio peuvent aider les entreprises à inspecter leurs infrastructures critiques sans avoir besoin d'un opérateur à proximité. Photos gracieuseté de Skydio.
L'une des raisons pour lesquelles Skydio s'adresse à un si large éventail de secteurs et de clients est l'accessibilité et la facilité d'utilisation de ses produits : la fonction de vol autonome est suffisamment avancée pour permettre un déploiement de drones sans souci ni planification. Les forces de l'ordre peuvent ainsi se concentrer sur la collecte d'informations sur les scènes de crime plutôt que sur le vol, et les entreprises de construction peuvent utiliser un drone et un dock pour des projets de plusieurs années sans avoir à se soucier des lacunes dans l'inspection. M. Weinhoffer applique la même philosophie à l'impression 3D : si la technologie n'est pas accessible, elle ne fait pas la preuve de sa valeur en laboratoire. « Les imprimantes Formlabs sont très faciles à utiliser et de nombreux membres de notre équipe d'ingénieurs peuvent y accéder. Le fait d'ajouter des Form 3+ et l'octroi d'un jour ou deux supplémentaires à nos équipes d'ingénieurs pour réagir rapidement ont un impact significatif sur nous », déclare M. Weinhoffer.
Au fur et à mesure que Skydio a élargi ses gammes de produits et développé des solutions plus personnalisées, l'impression 3D est devenue plus qu'un simple outil : elle a permis aux équipes chargées du matériel de soutenir le rythme effréné du développement des logiciels.
Pour en savoir plus sur la façon dont les imprimantes 3D telles que la Form 3+ permettent aux fabricants de l'aérospatiale et de la défense d'optimiser leur flux de travail, de remporter des contrats importants et de réduire les coûts de production et de développement, visitez la page Secteur ou contactez un spécialiste.
