Resumo

A otimização topológica e a manufatura aditiva são procedimentos de projeto em engenharia que auxiliam a tomada de decisão para o desenvolvimento e a execução de projeto de uma aeronave remotamente pilotada, cuja sua estrutura precisa suportar os carregamentos e a severidade de suas atividades em operação. Uma estrutura pesada impacta diretamente no seu desempenho, e técnicas de redução de massa e de fabricação assistida podem ser aplicadas no intuito de melhorar esse desempenho. Nesse sentido, este artigo tem como objetivo propor um Quadcóptero, com projeto, execução e análise, de tal forma a suportar a massa de todos os componentes, carregamento imposto por cada motor e uma câmera, e a carga útil de 150 gramas. A primeira etapa consiste na seleção dos componentes e motores para determinar a massa limite da estrutura. A segunda etapa é a elaboração do modelo CAD da aeronave baseado na massa limite calculada. Em seguida, realiza-se a análise estrutural pelo método dos elementos finitos para verificar a geometria nominal em relação às condições de carregamento impostas pelo impulso do motor. A próxima etapa é a otimização topológica com a função objetivo de minimizar a massa do componente, com a restrição de deslocamento do componente que suporta o motor. Como resultado, o modelo otimizado foi fabricado via manufatura aditiva e, obteve-se uma massa total de 36 g, ou seja, reduziram-se 54,5% da massa do componente. A otimização topológica combinada com a manufatura aditiva, nesse tipo de projeto, mostrou-se satisfatória e permitiu a fabricação de uma nova estrutura, mais leve e de melhor desempenho.

The topological optimization and the additive manufacturing are engineering design procedures that assist in decision making for the development and project of a remotely piloted aircraft, whose structure needs to support the loads and the severity of its activities in operation. A heavy structure directly impacts its performance, and the mass reduction techniques and assisted manufacturing can be applied to improve this performance. In this case, this article aims to propose a Quadcopter, with design, execution, and analysis, in such a way as to support the mass of all components, loading imposed by each engine and a camera, in a carry load of 150 grams. The first stage consists in selecting the components and motors to determine the limit mass of the structure. The second stage is the construction of the aircraft CAD model based on the calculated limit mass. Then, the structural analysis is performed by the finite element method to verify the nominal geometry in relation to the loading conditions imposed by the motor impulse. The next stage is the topological optimization with the objective function that minimizes the mass of the component, with the restriction of displacement of the component that supports the engine. As a result, the optimized model was manufactured using additive manufacturing, and a total mass of 36 g was obtained, which 54.5% of the component mass reduced. The topological optimization combined with the additive manufacturing in this type of project proved to be satisfactory and allowed the manufacture of a new, lighter, and better-performing structure.