In 3D tối ưu thiết kế và nâng cao hiệu suất cho drone nông nghiệp

Với mức độ cơ giới hóa ngày càng cao, máy bay không người lái – drone nông nghiệp đang được sử dụng rộng rãi cho nhiều tác vụ khác nhau như phun thuốc trừ sâu trên diện rộng.

Bằng việc tận dụng vật liệu in 3D tiên tiến và khả năng tạo mẫu nhanh, các nhà sản xuất drone nông nghiệp có thể tối ưu hóa thiết kế giúp cải thiện hiệu năng hoạt động của drone.

Thiết kế của drone nông nghiệp

Hiện nay, các dòng drone nông nghiệp phổ biến thường bao gồm 4 hệ thống chính:

• Hệ thống điều khiển bay
• Hệ thống cấp nguồn
• Hệ thống phun
• Kết cấu khung.

Trong đó, hệ thống phun là khu vực ứng dụng chính của công nghệ in 3D, bao gồm bình chứa thuốc, bơm nước, đầu phun và các cảm biến liên quan.

Bình chứa thuốc của drone nông nghiệp có nhiệm vụ lưu trữ dung dịch phun, và trong quá trình hoạt động, dung dịch này được bơm ra bằng máy bơm. Tuy nhiên, rung động từ bơm nước có thể ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển bay của drone. Các phương pháp truyền thống thường sử dụng gia công CNC tấm nhôm để cố định bơm nước, nhưng lại tồn tại nhiều nhược điểm như: quy trình gia công phức tạp, khả năng chống ăn mòn kém, độ linh hoạt thiết kế thấp, và trọng lượng lớn – tất cả đều làm giảm hiệu suất sản xuất, tải trọng hữu ích và thời lượng bay của drone.

Thông qua công nghệ in 3D, việc tạo mẫu và xác nhận thiết kế nhanh chóng có thể được thực hiện, giúp giải quyết hiệu quả những hạn chế kể trên và cho phép sản xuất hàng loạt quy mô nhỏ. Sau quá trình đánh giá, một công ty sản xuất drone nông nghiệp đã quyết định hợp tác với Amesos và Polymaker để triển khai giải pháp gia công bằng phương pháp in 3D. 

Dự án tối ưu thiết kế drone nông nghiệp của Amesos và Polymaker

Thiết kế của Amesos

Amesos chịu trách nhiệm thiết kế tùy chỉnh tấm gá bơm nước phù hợp với từng mẫu drone nông nghiệp cụ thể, nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của khách hàng.

Trong vòng ba ngày, Amesos đã hoàn thiện bốn phiên bản thiết kế khác nhau, tiến hành thử nghiệm lắp ráp và lựa chọn phương án tối ưu nhất, sau đó chuyển giao cho khách hàng để kiểm tra lắp đặt thành công.

Bước tiếp theo là in 3D sản phẩm. Mỗi bơm nước trên tấm gá có trọng lượng khoảng 400g, và khách hàng cần lắp đặt 2–3 máy bơm. Do đó, vật liệu in cần đảm bảo khả năng chịu rung, chịu va đập, và không bị nứt gãy trong quá trình sử dụng.

Vật liệu của Polymaker

Polymaker – công ty chuyên sản xuất vật liệu in 3D công nghệ cao chịu trách nhiệm lựa chọn vật liệu in phù hợp. Polymaker đã tiến hành thử nghiệm và so sánh nhiều loại vật liệu khác nhau ngay sau khi nhận được yêu cầu từ khách hàng. Cuối cùng, Fiberon™ PA612-CF15 được lựa chọn.

Fiberon™ PA612-CF15 là vật liệu nhựa in 3D cân bằng giữa PA6 và PA12 được gia cường thêm sợi carbon. Với cấu trúc hóa học đặc biệt, vật liệu này có độ hút ẩm thấp hơn so với PA6/66 và PA6 thông thường, đồng thời có tính cơ học vượt trội hơn so với các vật liệu nền PA12.

Những đặc tính nổi bật như độ cứng cao, độ bền va đập tốt, chịu nhiệt cao giúp tấm gá bơm nước in từ PA612-CF có khả năng chống rung tốt, duy trì độ ổn định cơ học, và không bị ảnh hưởng trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

Bên cạnh đó, độ hút ẩm thấp của vật liệu đảm bảo khả năng hoạt động ổn định trong môi trường ẩm ướt, đáp ứng yêu cầu vận hành thực tế.

Ngoài ra, công nghệ Warp-Free™ kết hợp với gia cường sợi carbon giúp chi tiết in có độ ổn định kích thước cao, giảm biến dạng khi in, kéo dài tuổi thọ sử dụng của tấm gá.

Lợi ích từ công nghệ in 3D

Việc ứng dụng công nghệ in 3D trong thiết kế và sản xuất tấm gá bơm nước thể hiện rõ ưu thế của tạo mẫu nhanh, linh hoạt và chi phí thấp.

Các nhà sản xuất có thể nhanh chóng tạo mẫu, kiểm tra thiết kế, cải tiến, rồi chuyển sang sản xuất hàng loạt ngay lập tức.

Quy trình này rút ngắn đáng kể chu kỳ phát triển sản phẩm, cho phép chế tạo hình dạng phức tạp, cấu trúc bên trong tinh vi, đồng thời sản xuất theo nhu cầu với hiệu suất cao, góp phần tăng hiệu quả kinh tế và năng suất sản xuất tổng thể.

Giải pháp máy in Modix BIG-series trong chế tạo drone

Trong bối cảnh nông nghiệp thông minh đang phát triển mạnh, việc ứng dụng drone vào các công việc như phun tưới chính xác, giám sát cây trồng và quản lý tài nguyên nước đòi hỏi các bộ phận cơ khí nhẹ – bền – ổn định. Case study giữa Polymaker và Amesos đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng vật liệu Fiberon™ PA612-CF15 để sản xuất tấm gắn bơm nước trên drone nông nghiệp: trọng lượng nhẹ hơn, độ bền cao hơn và khả năng chống biến dạng khi hoạt động ngoài trời.

Tại Việt Nam, 3D Smart Solutions (3DS) cung cấp giải pháp tương tự thông qua hệ thống máy in khổ lớn Modix BIG-60 và các dòng máy Modix khác. Với khổ in lớn, khả năng kiểm soát nhiệt độ ổn định và hỗ trợ kim in chống mài mòn, Modix cho phép in trực tiếp vật liệu PA612-CF15 với chất lượng cao và độ chính xác kích thước tốt.

Ứng dụng thực tế

• Khung & giá đỡ bơm nước trên drone nông nghiệp
• Vỏ bảo vệ mô-tơ, khung thân, gá cảm biến
• Jig/fixture hỗ trợ lắp ráp và bảo trì thiết bị nông nghiệp
• Các bộ phận trong ngành công nghiệp ô tô

Hãy liên hệ ngay với 3D Smart Solutions để tìm hiểu thêm về các giải pháp công nghệ hỗ trợ cho ngành công nghiệp chế tạo drone và nhận được sự tư vấn chuyên sâu từ các chuyên gia trong lĩnh vực.