La mejor impresora 3D para drones: Cómo elegir la tecnología adecuada para fabricar vehículos aéreos no tripulados

Los drones, también conocidos como sistemas aéreos no tripulados (UAS, por sus siglas en inglés), vehículos aéreos no tripulados (VANT), o sistemas o vehículos submarinos no tripulados (UUS o UUV, por sus siglas en inglés), aparecieron por primera vez hace décadas, con un uso militar. En un principio, eran aviones de ala fija reducidos a sus sistemas básicos, controlados por un piloto a distancia. Sin embargo, los nuevos avances tecnológicos de las últimas tres décadas han disparado el crecimiento del sector de los drones, y ahora es posible encontrar drones de formas, tamaños y capacidades muy diferentes. 

Las nuevas tecnologías de radio y comunicaciones han dado lugar a drones con mayor alcance y que proporcionan mejores datos en tiempo real. La innovación en la ingeniería de materiales ha creado nuevas formas de fabricar estructuras resistentes y ligeras. La tecnología de las baterías y la computación de los chips ha mejorado exponencialmente, mientras que los avances en las lentes de las cámaras y los componentes de transmisión hacen que los operarios que pilotan los drones puedan ver los efectos de todos estos avances desde más lejos. Por no mencionar que el auge de la inteligencia artificial está dando un nuevo significado al término "misión no tripulada".

Estos avances han creado subsectores dentro del ámbito del diseño, la fabricación y el pilotaje de los drones. Las empresas que ofrecen drones como un servicio, las carreras de drones, la fotografía con drones, la entrega y la logística con drones y las aplicaciones de vigilancia remota son sectores florecientes que han surgido gracias a la proliferación de nuevos tipos de drones asequibles y accesibles.   

Cada una de estas "subaplicaciones" de los drones tiene sus propios requisitos. Los pilotos profesionales de carreras de drones necesitan velocidad y flexibilidad en el chasis, pero no suelen requerir baterías de larga duración. Los drones construidos para tareas de topografía agrícola pueden ser de vuelo lento y relativamente rígidos, pero deben ser capaces de realizar vuelos largos y resistir diversas condiciones meteorológicas. 

Cualquier dron, tanto si se utiliza para misiones de reconocimiento o vigilancia militar como para fotografía cinematográfica, requiere una serie de componentes ligeros, resistentes y fiables, que probablemente se fabrican con varios materiales diferentes. Elegir la tecnología adecuada para el prototipado y la fabricación de los drones es fundamental. Muchos componentes de drones para usuarios no profesionales se fabrican en masa, moldeándolos por inyección o cortándolos en fibra de carbono, que luego los pilotos personalizan con añadidos o accesorios impresos en 3D que imprimen ellos mismos o que compran por un precio económico.  Los grandes fabricantes casi siempre utilizan la impresión 3D para la mayor parte de su trabajo de I+D antes de pasar a métodos más tradicionales, aunque algunos fabricantes de drones ahora están imprimiendo en 3D componentes de drones de uso final.

Esta guía presenta las mejores impresoras 3D para drones, comparando las tecnologías de impresión 3D mediante modelado por deposición fundida (FDM), estereolitografía (SLA) y sinterizado selectivo por láser (SLS) para encontrar la solución de fabricación más adecuada para diseñar componentes de VANT funcionales y listos para volar.

Para fabricantes como DJI o Skydio, que producen cientos de miles de los mismos modelos de drones para un público compuesto en su mayoría por aficionados o consumidores normales, el moldeo por inyección y el mecanizado CNC de láminas de fibra de carbono son buenas opciones para ser sus principales métodos de fabricación. Sin embargo, incluso en el caso de un dron fabricado en serie mediante moldeo por inyección, los usuarios finales suelen realizar pequeños ajustes por su cuenta para adaptar el dron a sus preferencias personales en cuanto a cámaras, motores, monturas y otros componentes. 

Para fabricantes de volumen medio como Vector, ORQA o Nextech, la impresión 3D es una parte fundamental del proceso de diseño inicial, así como del proceso de fabricación de determinados componentes para un uso final.

En un momento dado, ORQA tuvo que cambiar un componente amortiguador de vibraciones cuando quedaba poco para que terminaran los plazos finales de producción. El cambio habría retrasado la entrega y modificar las herramientas moldeadas por inyección habría supuesto un coste importante. 

En vez de eso, el equipo de ORQA decidió optar por la impresión 3D SLS de TPU para la producción de uso final. Necesitaban cientos de piezas de TPU y las imprimieron en la impresora 3D SLS Fuse 1+ 30W en solo unos días, usando el TPU 90A Powder como material. "Con la Fuse 1+ 30W, podemos tener impresiones listas el mismo día. No tenemos que esperar a que estén hechos los cambios necesarios en el utillaje de producción", dice Antonio Kovac, el diseñador mecánico de ORQA. 

La impresión 3D ofrece tres ventajas claras para la fabricación de vehículos aéreos no tripulados:

• Personalización rápida: Los ingenieros pueden realizar iteraciones rápidas de los chasis, las monturas de cámaras y los elementos de protección del dron, y poner a prueba varios diseños en un solo día.

• Materiales de calidad para uso final: La gama de materiales de impresión 3D disponibles ayuda a hacer posible la fabricación de componentes finales de drones, ofreciendo desde polvos de nylon reforzados con fibra de carbono hasta TPU de dureza variable, así como un abanico de plásticos únicos y duraderos.

• Agilidad en la fabricación: El elevado coste y los tiempos de producción del utillaje de fabricación hacen que cualquier cambio de diseño sea prohibitivamente caro y lleve mucho tiempo. La impresión 3D aporta resiliencia, capacidad de respuesta y agilidad en la fabricación, con lo que se consigue una mejor adaptación al mercado. 

• Optimización del peso: La fabricación aditiva permite realizar optimizaciones topológicas y crear geometrías complejas, como celosías internas, que reducen el peso sin sacrificar la resistencia.

• Cambios y personalización en piezas y accesorios: Los pilotos y operarios de drones (tanto aficionados como profesionales) con frecuencia necesitan hacer cambios en sus drones. La impresión 3D hace posible que cualquiera personalice sus piezas. 

Al buscar la mejor impresora 3D para piezas de drones, la respuesta dependerá totalmente de los requisitos mecánicos de esas piezas. Este apartado compara las mejores opciones de tecnología de impresión 3D para encontrar la más adecuada para el uso que quieres darle a tu dron.

Elegir el material de impresión 3D adecuado es tan importante como elegir la propia impresora. Las piezas de los drones deben resistir factores ambientales y mecánicos específicos. Algunos elementos importantes que tener en cuenta son:

• Resistencia a los impactos: Los drones pueden estrellarse. Materiales como el Nylon 12 Tough Powder (SLS) o la Tough 2000 Resin (SLA) pueden absorber energía sin romperse, a diferencia de los plásticos quebradizos estándar.

• Relación rigidez-peso: El peso es un parámetro relevante en el vuelo. El Nylon 11 CF Powder (SLS) ofrece una rigidez comparable al moldeo tradicional con fibra de carbono, pero permite crear formas complejas y optimizadas que reducen el peso innecesario, mientras que la Rigid 10K Resin (SLA) puede proporcionar acabados de la superficie extremadamente lisos para planeadores y drones de ala fija que vuelen largas distancias.

• Resistencia al calor: Las monturas de los motores y las carcasas de las baterías generan un calor considerable. El PLA estándar (FDM) suele deformarse o fundirse en estas condiciones. Las resinas para SLA resistentes a las altas temperaturas, como la Rigid 10K Resin o la High Temp Resin, o los polvos de nylon para SLS, mantienen la precisión dimensional incluso bajo una fuerte carga térmica.

A continuación, verás cómo los líderes del sector utilizan las impresoras de Formlabs para resolver los retos de ingeniería que plantean los drones.

Para la fabricación profesional y las piezas de alto rendimiento, la impresora 3D SLS Fuse 1+ 30W es la mejor opción, debido a su capacidad para imprimir piezas duraderas y ligeras de nylon, nylon reforzado con fibra de carbono y TPU. Algunos de los principales fabricantes del sector confían en una impresora SLA como la Form 4 con la Rigid 10K Resin para fabricar piezas de fuselaje lisas y drones de ala fija o planeadores. 

• La mejor opción para la fabricación en cantidades pequeñas a medianas de componentes resistentes y duraderos de uso final: La Fuse 1+ 30W y el Nylon 12 Tough Powder

• La mejor opción para monturas blandas, separadores y componentes amortiguadores de vibraciones: La Fuse 1+ 30W y el TPU 90A Powder

• La mejor opción para componentes de fuselaje y superficies lisas: La Form 4 y la Rigid 10K Resin

• La mejor opción para carcasas y otras piezas de gran tamaño: La Form 4L

Se puede, pero para asegurarte de que tus hélices tengan un buen rendimiento y una larga duración, es probable que sea mejor imprimir en 3D un molde para hélices en vez de las hélices en sí. Las hélices tienen geometrías extremadamente finas y calibradas con precisión. Incluso las impresoras de alta precisión, como las de la serie Form o la serie Fuse, tienen dificultades para producir piezas así de delgadas sin que se produzcan deformaciones o fluencia con el tiempo, especialmente si se ven sometidas a las fuerzas extremas que se generan durante el vuelo. No hay duda de que la impresión 3D puede servir para prototipos de hélices, pero la mejor opción para fabricar hélices de uso final sigue siendo el moldeo por inyección.

Empresas como ORQA están diseñando nuevas hélices para drones y utilizando la Form 4 y la Rigid 10K Resin para crear herramientas de moldeo por inyección con las que fabricar la hélice final. 
 

Este vídeo de ORQA muestra su proceso de moldeo por inyección utilizando moldes de inyección impresos en 3D para antenas de drones, pero el mismo proceso se puede utilizar también para imprimir en 3D moldes de inyección para hélices. 

Las impresoras SLS, como la Fuse 1+ 30W, ofrecen la mejor relación resistencia-peso, usando concretamente el Nylon 12 Tough Powder como material. Las impresoras FDM que utilizan filamentos reforzados son una opción secundaria para los aficionados, aunque carecen de la libertad geométrica que ofrece el SLS.

Las ventajas de la impresión 3D para la fabricación de vehículos aéreos no tripulados son iteraciones más rápidas del diseño, la personalización para cumplir los objetivos del dron y la rentabilidad de producir en cantidades pequeñas.