Polski sektor bezzałogowców w ostatnich latach rozwija się dynamicznie. Jednak produkcja części do dronów wiąże się z wieloma wyzwaniami. Trzeba połączyć niską masę z wysoką sztywnością i cienkimi ściankami, a skomplikowaną geometrię z wymaganymi tolerancjami. Jak te wymagania przekładają się na technologię produkcji seryjnej?
Z tego artykułu dowiesz się:
Część do drona musi zwykle spełniać kilka wymagań jednocześnie: być lekka, sztywna, odporna na drgania, a do tego możliwa do wykonania w sposób powtarzalny. Konstruktor nie może więc optymalizować jednego parametru bez uwzględnienia pozostałych. Przykładowo, zmniejszenie masy przez pocienienie ścianek może pogorszyć sztywność albo zwiększyć podatność na odkształcenia podczas frezowania.
Masa konstrukcji bezpośrednio wpływa na masę startową BSP. Im więcej ważą same komponenty, tym mniejszy pozostaje zapas na baterię, sensory, elektronikę i ładunek użytkowy. W przypadku wielowirnikowca mniejsza masa przekłada się również na mniejsze zapotrzebowanie na siłę nośną podczas zawisu, co może poprawiać bilans energetyczny i wydłużać czas pracy.
Dlatego materiał i geometria zawsze są optymalizowane w odniesieniu do siebie – bo nie chodzi nam o wykonanie najcieńszej możliwej części, ale o uzyskanie wymaganej funkcji przy minimalnej masie. W produkcji seryjnej każdy gram ma znaczenie także dlatego, że jego redukcja jest powielana na setkach lub tysiącach komponentów.
Odchudzanie części polega na stosowaniu żeber, kieszeni i innych lokalnych odciążenia, aby materiał pozostał tam, gdzie rzeczywiście przenosi obciążenia. Tak zaprojektowana geometria może zapewnić wysoką sztywność przy mniejszej masie niż pełny blok materiału.
Cienkościenne komponenty są trudniejsze w obróbce niż masywne detale, ponieważ podczas skrawania materiał może ulegać ugięciu. Problem jest większy przy głębokich kieszeniach, wysokich żebrach i geometrii wymagającej dostępu narzędzia z wielu kierunków. Technologia musi więc ograniczać siły skrawania i zapewniać stabilne podparcie detalu.
Największym zagrożeniem jest utrata stabilności podczas skrawania: cienka ścianka może odkształcić się pod naciskiem narzędzia, a po jego wycofaniu wrócić do wcześniejszego położenia. Na gotowym detalu pojawia się wtedy odchyłka wymiarowa albo nierówność powierzchni.
Ogranicza się to przez odpowiedni dobór narzędzia, parametrów skrawania, strategii przejść oraz sposobu podparcia. Przy trudnych geometriach znaczenie ma również kolejność usuwania materiału – nie możemy doprowadzać do sytuacji, w której kolejna operacja osłabia element zanim zostaną wykonane powierzchnie referencyjne.
Dlatego w przypadku części cienkościennych kolejność operacji ma znaczenie dla końcowej geometrii. Technolog może rozłożyć obróbkę na kilka etapów, pozostawić odpowiednie naddatki i zaplanować wykańczające przejścia po ustabilizowaniu konstrukcji detalu.
Sposób zamocowania wpływa na dokładność i możliwość wykonania skomplikowanej geometrii. Zbyt słabe podparcie zwiększa ryzyko drgań, a niewłaściwe punkty mocowania mogą ograniczyć dostęp narzędzia.
Frezowanie 5-osiowe pozwala obrabiać wiele powierzchni przy mniejszej liczbie zamocowań i ustawiać narzędzie pod korzystnym kątem. Ma to szczególne znaczenie przy częściach UAV z głębokimi kieszeniami, pochylonymi powierzchniami i cienkimi ściankami. W efekcie można ograniczyć liczbę operacji pomocniczych i poprawić wzajemną dokładność powierzchni.
Nie każdy wymiar części UAV wymaga bardzo wąskiej tolerancji. Tolerancję należy powiązać z funkcją powierzchni: inne wymagania dotyczą gniazda łożyska, inne powierzchni obudowy, a jeszcze inne niekrytycznej ścianki konstrukcyjnej. Zawężanie tolerancji bez uzasadnienia funkcjonalnego zwiększa koszt procesu, dlatego staramy się tego unikać.
Najczęściej są to: wymiary odpowiedzialne za wzajemne położenie elementów, pasowania ruchowe i wciskowe oraz powierzchnie bazowe. Dla pozostałych wymiarów tak wąskie tolerancje zwykle nie dają korzyści.
Gniazda łożysk wymagają dokładnego wykonania, ponieważ od ich wymiaru i geometrii zależy prawidłowe osadzenie łożyska. Podobnie sytuacja wygląda z osiami gimbala, które muszą zapewniać odpowiednią współosiowość i płynność ruchu. Powierzchnie montażowe silników mają znaczenie dla położenia napędu oraz stabilności połączenia.
Węższa tolerancja może wymagać dodatkowych przejść wykańczających, dokładniejszego mocowania, częstszych pomiarów i bardziej rygorystycznej kontroli procesu. Jeżeli taki poziom dokładności nie jest potrzebny funkcjonalnie, zwiększa koszt bez poprawy działania komponentu.
W produkcji seryjnej jakość pojedynczej sztuki nie wystarcza. Każdy kolejny komponent musi mieścić się w wymaganiach, a proces powinien być stabilny przez cały czas realizacji partii. Dlatego kontrola jakości musi obejmować zarówno pierwszą sztukę, jak i bieżące monitorowanie procesu.
Kontrola pierwszej sztuki polega na szczegółowym sprawdzeniu pierwszego wykonanego komponentu przed uruchomieniem pełnej serii. Dzięki temu możemy potwierdzić, że ustawienie maszyny, narzędzia i przyjęta technologia prowadzą do wymaganych wyników.
SPC, czyli Statistical Process Control, służy do statystycznego monitorowania procesu i wykrywania trendów, zanim powstaną niezgodne detale. Pomiary 3D pozwalają natomiast sprawdzić przestrzenne położenie powierzchni i cech geometrycznych. W RADMOT służą do tego 4 laboratoria pomiarowe.
W projektach przemysłowych istotne jest powiązanie gotowej partii z materiałem, procesem i wynikami kontroli. Identyfikowalność ułatwia wyjaśnienie ewentualnej niezgodności i pozwala odtworzyć historię produkcji konkretnego komponentu.
Certyfikaty nie zastępują kontroli konkretnego detalu, ale potwierdzają funkcjonowanie określonego systemu zarządzania. W łańcuchu dostaw mogą być istotnym kryterium wyboru kooperanta:
W dronie dokładność wykonania wpływa nie tylko na montaż, ale również na zachowanie całego układu podczas pracy. Nierównomierna masa elementów, niewspółosiowość wałów czy niedokładne powierzchnie montażowe mogą powodować drgania.
Produkcja seryjna musi być zaplanowana już na etapie wyceny. W RADMOT analizujemy więc dokumentację nie tylko pod kątem możliwości wykonania pojedynczej sztuki, ale również pod kątem stabilnego procesu dla wymaganej wielkości partii.
Jak proces produkcyjny części do dronów przebiega w praktyce?
Jak podkreśla Łukasz Mazur - Technolog z firmy RADMOT, przy komponentach UAV najtrudniejsze nie jest samo wykonanie pojedynczego detalu, ale zaprojektowanie procesu, który pozwoli wykonywać go identycznie setki lub tysiące razy przy zachowaniu wymaganej jakości i ekonomiki.
W RADMOT możliwe jest wykonywanie części z dokładnością odpowiadającą nawet 6. klasie dokładności.Ostatecznie to, jakie tolerancje są osiągalne w obróbce CNC, zależy od materiału, geometrii, wymiaru, sposobu mocowania i wymaganej powierzchni.
Nie ma jednej uniwersalnej minimalnej grubości ścianki bezpiecznej dla każdego detalu. Zależy ona m.in. od materiału, wysokości i długości ścianki, głębokości kieszeni oraz sposobu zamocowania.
Im cieńsza i wyższa jest ścianka, tym większe ryzyko ugięcia i drgań podczas usługi frezowania CNC. Dlatego graniczną wartość należy określać dla konkretnej geometrii, a nie wyłącznie na podstawie tabeli. W trudnych przypadkach znaczenie ma 5-osiowa strategia obróbki i odpowiednia kolejność operacji.
Największy wpływ mają czas obróbki, wymagane tolerancje, liczba zamocowań, złożoność geometrii, materiał i zakres kontroli jakości. Dlatego przed rozpoczęciem produkcji należy przeanalizować rysunek pod kątem technologii. Poszerzenie niekrytycznych tolerancji, uproszczenie dostępu narzędzia albo zmiana sposobu bazowania może skrócić czas cyklu bez pogorszenia funkcjonalności części.
Nie ma jednej granicy opłacalności, ponieważ zależy ona od materiału, geometrii, wymagań jakościowych i ceny przygotowania procesu. W przypadku produkcji seryjnej CNC daje jednak przewagę tam, gdzie wymagane są powtarzalne wymiary, określona jakość powierzchni i właściwości materiału.
W RADMOT frezowanie jest kierowane do zamówień od 100 szt. na partię i 500 szt. rocznie, a toczenie od 250 szt. na partię i 1000 szt. rocznie. Takie minima odpowiadają produkcji seryjnej.
Zakres dokumentacji zależy od wymagań projektu i ustaleń z klientem. Może obejmować wyniki pomiarów, świadectwa materiałowe, dokumentację pierwszej sztuki, zapisy kontroli oraz informacje zapewniające identyfikowalność partii.
W projektach o podwyższonych wymaganiach istotna jest możliwość powiązania dokumentacji z konkretną partią materiału i produkcji. Dlatego przy wyborze kooperanta warto ustalić zakres dokumentacji jeszcze przed rozpoczęciem serii.
Jeśli potrzebujesz kooperanta do seryjnej produkcji części do dronów, prześlij dokumentację do RADMOT. Skontaktuj się pod adresem rfq@radmot.com lub telefonicznie, aby omówić wymagania, technologię i możliwości realizacji projektu.