Reinigung in neuen Dimensionen: Wie die additive Fertigung leistungsstarke Drohnenlösungen ermöglicht
Drohnen für die industrielle Reinigung
Die Erhaltung des makellosen Zustands von Gebäudefassaden, großflächigen Glasflächen und großen Solaranlagen stellt eine ständige Herausforderung dar. Herkömmliche Methoden, die auf Gerüste, hydraulische Hebebühnen oder Seilzugänge angewiesen sind, sind arbeitsintensiv und zeitaufwändig und bergen erhebliche Sicherheitsrisiken für die Arbeiter. Auf der Suche nach einer sichereren, effizienteren und kostengünstigeren Alternative hat die Swiss Drone Services AG eine Lösung gefunden, die über diese Einschränkungen hinausgeht: eine spezielle Drohne, die mit einem Hochdruckreinigungssystem ausgestattet ist.
Die Umsetzung dieser Vision in die Realität war jedoch mit komplexen technischen Hürden verbunden. Die kritische Verbindung zwischen der Drohne und dem Reinigungsgerät - die Düse und die Lanze - erforderten eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, die herkömmliche Fertigungsmethoden an ihre Grenzen brachten. Um dieses Problem zu lösen, ging die Swiss Drone Services AG eine Partnerschaft mit der auf additive Fertigung spezialisierten Ecoparts AG ein. Diese nutzte die Leistungsfähigkeit und Präzision der EOS-Technologie, um ein Bauteil zu produzieren, das nicht nur funktional ist, sondern auch alle technischen Anforderungen erfüllt und eine neue Ära der automatisierten Höhenreinigung einläutet.
Herausforderung
Die zentrale Herausforderung für die Swiss Drone Services AG bestand darin, eine Reinigungslanze und eine Düseneinheit zu entwickeln, die den harten Anforderungen von Hochdruckwasserstrahlen standhalten und gleichzeitig leicht genug für den Betrieb mit einer Drohne sind. Jegliches Übergewicht würde die Flugzeit und die Manövrierfähigkeit drastisch reduzieren und damit den gesamten Business Case beeinträchtigen. Das Bauteil musste außerordentlich stabil sein, da die kombinierten Vibrationen der leistungsstarken Rotoren der Drohne und des Hochdruckreinigers eine Kaskade von Problemen verursachen könnten - von der Unkontrollierbarkeit der Drohne bis hin zu langfristigen strukturellen Schäden an ihrem empfindlichen Rahmen und ihrer Elektronik.
Darüber hinaus erforderte das Projekt ein hohes Maß an Anpassungen, um den Reinigungsprozess für unterschiedliche Oberflächen und Bedingungen zu optimieren, während das Entwicklungsteam unter Zeitdruck stand. Eine konventionell hergestellte Lösung hätte wahrscheinlich eine mehrteilige Baugruppe aus gefrästen und geschweißten Komponenten beinhaltet. Ein solcher Ansatz wäre schwerer gewesen, hätte potenzielle Bruchstellen an den Verbindungsstellen mit sich gebracht und nur wenig Kapazität für die Schwingungsdämpfung geboten. Der Konstruktions- und Fertigungsprozess wäre zu langsam und zu starr gewesen, um den ehrgeizigen Zeitplan und die Leistungsziele des Projekts zu erfüllen. Swiss Drone Services benötigte einen Fertigungsansatz, der ein leichtes, robustes und hochgradig kundenspezifisches Bauteil schnell liefern konnte - eine Kombination von Anforderungen, die mit herkömmlichen Methoden einfach nicht erfüllt werden konnten.
Kundenspezifisch
Kommerzielle Drohne mit maßgeschneiderter Nutzlast sorgt für optimale Reinigungseffizienz.
Leichtgewicht
Die gewichtssparende Halterung für eine Hochdruckreinigungslanze maximiert die Leuchtdauer.
Stabil
Die Halterungen müssen die Lanze ohne Übertragung von Vibrationen fixieren, um die Flugstabilität zu erhalten.
Lösung
Die Ecoparts AG, ein führendes Unternehmen in der Herstellung hochwertiger 3D-gedruckter Metallteile, setzte ihre EOS M 290 System zur Herstellung der kundenspezifischen Lanze und Düse. Das Material der Wahl war EOS Aluminium AlSi10Mg, eine Legierung, die für ihr hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und ihre thermischen Eigenschaften bekannt ist und sich daher ideal für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Industrie eignet.
Die Ingenieure von Ecoparts nutzten die Möglichkeiten des DMLS, um ein monolithisches, topologisch optimiertes Bauteil zu entwickeln. Dieses Verfahren ermöglichte es ihnen, eine komplexe Baugruppe in ein einziges, nahtloses Teil zu konsolidieren. Interne Kanäle und komplexe Geometrien wurden direkt in das Design integriert, um einen Flüssigkeitsweg für das Hochdruckwasser zu schaffen, während Material nur dort verwendet wurde, wo es strukturell notwendig war.
Dieser Ansatz reduzierte das Endgewicht des Bauteils drastisch und maximierte gleichzeitig seine Steifigkeit. Die EOS M 290, die das Aluminiumpulver in präzisen 60-µm-Schichten verarbeitet, sorgte dafür, dass das fertige Bauteil stabil war und gleichzeitig die genauen Spezifikationen für eine perfekte Passform und eine optimale Fluiddynamik erfüllte. Diese schnelle, werkzeuglose Produktionsmethode ermöglichte schnelle Design-Iterationen, die es dem Team erlaubten, das Bauteil bis zur Perfektion zu testen und zu verfeinern und den engen Projekttermin einzuhalten.
"Dieses Projekt ist ein perfektes Beispiel dafür, worum es beim 3D-Druck von Metall geht. Wir sahen uns mit einer Reihe von widersprüchlichen Anforderungen konfrontiert - geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Vibrationsbeständigkeit und eine komplexe Geometrie. Mit der EOS M 290 konnten wir ein funktional integriertes, hochleistungsfähiges Teil herstellen, das als Einzelteil kaum zu bearbeiten wäre, und so die zentrale Fertigungsaufgabe des Kunden lösen."
Daniel Kündig, Ecoparts AG
Ergebnisse
Die Zusammenarbeit zwischen Swiss Drone Services AG und Ecoparts bestätigte die Rolle, die die additive Fertigung bei der Entwicklung fortschrittlicher Robotertechnik weiterhin spielen wird. Die 3D-gedruckte Aluminiumlanze und die Düsenbaugruppe erfüllten und übertrafen alle Leistungskriterien und ermöglichten so direkt den kommerziellen Start des neuen Reinigungsdrohnen-Dienstes.
Das wichtigste Ergebnis war das Erreichen eines perfekten Gleichgewichts zwischen geringem Gewicht und hoher Stabilität. Das endgültige Bauteil war deutlich leichter als jede machbare maschinell gefertigte Alternative, was zu einer Gewichtsreduzierung von 40 % führte und sich direkt in längeren Flugzeiten und einer größeren Reichweite für die Drohne niederschlug.
Die monolithische Konstruktion erwies sich als äußerst robust und hielt den Kräften des Hochdruckreinigers problemlos stand.
Diese überragende Schwingungsdämpfung, die die Spitzenschwingungen an der Drohnenhalterung um über 60 % reduziert, schützt den Hauptkörper der Drohne und sorgt dafür, dass sie bei Reinigungsarbeiten stabil und leicht zu manövrieren bleibt. Der schnelle Entwicklungszyklus, den die EOS M 290 Plattform ermöglicht, verkürzte die Zeitspanne vom Konzept bis zum fertigen Teil von Monaten auf Wochen, wobei die endgültige Komponente in nur 3 Wochen nach dem ersten Entwurf geliefert wurde. Die Swiss Drone Services AG verfügt nun über eine hochmoderne, hocheffiziente Reinigungslösung, die eine sicherere und besser skalierbare Alternative zu herkömmlichen Methoden darstellt und ihr einen deutlichen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt verschafft.
- 40 % Gewichtsreduzierung zur Maximierung von Flugzeit und Agilität
- 60 % weniger Spitzenvibrationen für mehr Flugstabilität
- Einhaltung aggressiver Projektzeitpläne mit einer 3-wöchigen Konzept-zu-Teil-Lieferung
- Kundenspezifisches Halterungsdesign optimiert die Reinigungseffizienz und reduziert den Wasserverbrauch
"Die Betriebsstabilität unserer Reinigungsdrohne war unser wichtigstes Anliegen. Die Vibrationen des Hochdrucksystems sind sehr stark. Ein herkömmlich montiertes Teil hätte zu viele Fehlerquellen und nicht die nötige Steifigkeit geboten. Die additive Fertigung mit der EOS-Technologie war die einzige Möglichkeit, ein Bauteil zu erhalten, das leicht, aber auch steif genug ist, um diese Kräfte zu absorbieren und unser System wirtschaftlich zu machen."
Marco Bortolan, Leitung Technik / Entwicklung, Swiss Drone Services AG
Über die Unternehmen
Swiss Drone Services AG
Ein innovativer Dienstleister, der sich auf die Entwicklung und den Betrieb von professionellen Drohnensystemen für industrielle Anwendungen wie Reinigung, Inspektion und Vermessung spezialisiert hat. Mehr erfahren: https://swiss-drone-services.ch/en/
Ecoparts AG
Ein führender Schweizer Anbieter von industriellen 3D-Druck-Dienstleistungen, der sich auf die Herstellung von hochwertigen Metallkomponenten für eine Vielzahl von Branchen spezialisiert hat, vom Motorsport bis zur Luft- und Raumfahrt. Mehr erfahren: https://ecoparts.ch/
