Volocopter 2X (Maßstab 1:6): Projekt- und Baubericht

chris-t

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Hallo Zusammen,

bereits seit den ersten Prototypen vom E-Volo hat mir das Kozept eines Copters mit 18 Antrieben super gefallen. Als dann einige Jahre später der Volocopter 2X vorgestellt wurde, war die ganze Technik auch noch verpackt in einem formschönen Copter. Somit war klar, dass man von dem mann tragenden Original, welcher seine ursprüngliche Inspiration in einem Spielzeug-Copter fand, wieder ein Modell bauen muss.
Also habe ich erstmal klein angefangen und ein 200mm kleines Volocopter Modell komplett am Stück per 3D Lasersinterverfahren drucken lassen. Das Ergebnis war ein kleiner Copter mit 18 6mm Bürstenmotoren, welcher als Hexacopter X Konfiguration (3 Motoren bekommen das gleiche PWM Signal) super stabil geflogen ist.

Da das erste kleine Modell ein voller Erfolg war, habe ich entschlossen ein größeres Modell für draußen zu entwickeln, welches komplett zusammengebaut in den Kofferraum passt.

So war das Projekt Volocopter 2X im Maßstab 1:6 geboren.


Daten zum Projekt:
  • Modell:
    Volocopter 2X
  • Maßstab: 1 zu 6
  • Voraussichtliches Gewicht: 2,7kg
  • Voraussichtliche Flugzeit: 20min
  • Ring Durchmesser: 1,2m
  • Motoren: 18x 2204 2300kv
  • Regler: 5x 4in1 20A Bl-Heli
  • Propeller: Falcon 9x2,5
  • Akkupack: 2170er 2s 5P Molicell INR21700-P42A Eigenbau
  • Flugcontroller: Omnibus F4 PRO mit INAV, GPS und Barometer
  • Cockpitausbau: Arduini Nano mit 2x 1" OLED Display

Anfangs dachte ich, dass das Erstellen einer Nachbildung im CAD die meiste Zeit in Anspruch nehmen würde, was sich dann aber später als falsch heraus stellte. Der Bau des Modells und die Herstellung der Bauteile übertraf die Zeit am Computer um ein Vielfaches!
Am Anfang meiner Projekte konzipiere ich immer zuerst den Antrieb, bevor das Modell dazu gebaut wird. Deshalb mussten als erstes die 18 Motoren und zwei als Reserve her. :)

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Es handelt sich hierbei um die bereits erwähnten 2204 Motoren von RC-Timer.

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Passend dazu habe ich die Falcon Propeller bei einem Abverkauf günstig erworben. Leider muss noch das Lochbild der Propeller angepasst werden. Sollte aber kein Problem darstellen.
 

chris-t

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Die ersten Teile im CAD.

Die ersten Teile im CAD.

Das CAD Modell zu erstellen war eine echte Herausforderung! Viele Rundungen, wenige Punkte an denen man sich orientieren konnte und nur ein paar wenige Bilder aus dem Netz als Vorlage. (Entstanden 2018)
Trotzdem habe ich versucht der Formgebung des Originals möglichst nahe zu kommen, aber dennoch so einfach gehalten um später zweiteilige Negativformen auf einer 3-Achs CNC Portalfräsmaschine fräsen zu können.
Mit dem fertigen CAD Modell war dann auch klar, wie die Bauteile für den Copter später gefertigt werden sollen. Somit konnte ich anschließend die Negativ Laminierformen für die Bauteile am Computer erstellen.

Als erstes entstand die grobe Form des Rumpfes aus einer Dreiseitenansicht.

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Mit Hilfe von drei Splines als Leitkurven und einigen Skizzen von Spanten entstand die Form für den Rumpf.

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Später habe ich aus dem Rumpf ein Oberflächenmodell erzeugt und konnte somit anfangen Details in das Urmodell einzuzeichnen.

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Danach wurde mir klar, dass ich mit konventioneller Bauteil erstellung am CAD nicht weit kommen werde, da die Formen zu komplex sind. Also fing ich an die Teile von grund auf als Oberflächenmodell zu erstellen um anschließend wieder alle Flächen mit einander zu verbinden, sodass ein Volumenkörper entsteht. Das erste Beisiel hierfür war der Verbinder aller Ausleger Rohre. Für den habe ich viele Anläufe gebraucht, bis es gepasst hat.

Hier zu sehen: Ein gescheiterter Versuch die geschwungene Deckelgeometrie zu erstellen. :rolleyes:

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chris-t

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Fertiges CAD Modell

Fertiges CAD Modell

Viele Stunden später war dann endlich das CAD Modell fertig. Beim erstellen vom Modell habe ich sehr viele neue Funktionen im Programm kennengelernt. Bzw. kennen lernen müsse... :rolleyes:
Mit am schwierigsten zu erstellen, waren die Ausleger Arme und der sternförmige Deckel in der Mitte. Letztendlich hat aber alles so funktioniert, wie ich mir es vorgestellt habe.

6x die gleichen Ausleger als Kreismuster angeordnet.

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Hier war der finale Deckel in der Mitte noch nicht fertig. Später habe ich noch eine neue Version davon gezeichnet.

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Hier waren nun die meisten Teile fertig und konnten somit zu einer Baugruppe zusammengesetzt werden. Auch der Deckel hatte nun seine endgültige Geometrie.
Lediglich die Beine des Landegestells fehlen noch.

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Durch Trennlinien, welche auf die Außengeometrie des Modell projiziert wurden, konnte man einfach Teile wie den Türausschnitt ralisieren.

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Hier sieht man die 1,2mm Absätze im Modell für Scheiben, Türen oder die Heckverkleidung.
Die Absätze wurden mithilfe von versetzten Oberflächen erstellt.

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So sollte dann eine Hälfte des Urmodells aussehen, wenn alles funktioniert hat.:

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chris-t

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Herstellung gekrümmter Verbindungsrohre:

Herstellung gekrümmter Verbindungsrohre:

Zum Aufbau des Modells:

Für alle Teile bis auf den Rumpf und das Heck des Copters wurden direkt Negativformen erstellt und später aus Ureol CNC gefräst.
Einige Teile sind einfach im Vakuumsack mit Lochfolie und Saugflies im Temperofen ausgehärtet. Andere Teile, wie zum Beispiel die Beine des Landegestells wurden in einer zweiteiligen Negativform gepresst.

Lediglich der Rumpf und das Heck habe ich als positiv Urmodell ausgefräst, um diese anschließend abformen zu können.

Eine etwas aufwändigere Fertigungsmethode wurde für die gekrümmten Rohre, welche den Außenring verbinden gewählt. Hier habe ich die Ballontechnik verwendet, mit der normalerweise DLG Rümpfe gebaut werden.
Hierfür habe ich ein Kohlefaser Geflechtschlauch in die zweiteilige Form gelegt und mit Hilfe eines modellier Luftballons das Gewebe an die Formoberfläche gepresst.

Insgesamt sechs dieser gekrümmten Rohre werden benötigt um die Ausleger miteinander zu verbinden.

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Hier die Negativform für die Ballontechnik mit Druckluft im CAD.

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Viele der Formen habe ich aus hochdichtem Ureol gefräst, welche ich günstig als Reststücke bei Ebay erworben habe.

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Als Erstes habe ich die großen Ureolblöcke in unserer Vereinswerkstatt zurecht gesägt.

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Dann konnte endlich die erste Form gefräst werden. Der G-Code wurde mit Fusion360 erstellt, die eigenbau Fräse läuft mit Mach3.

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Nach dem Fräsen habe ich lediglich die wichtigen Flächen der Form aufpoliert.
Durch die Rillen in der Form weiß ich später, wo die Rohre abgeschnitten werden müssen.

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Als Lanze für den Druckluftanschluss habe ich ein 6mm Messingrohr gebogen.

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Der erste Versuch hat nicht gut funktioniert, da der Kohlefaserschlauch keine Möglichkeit hatte sich an die Form anzulegen, da ich ihn zu lang gezogen habe und somit der Durchmesser nicht ausreichend war.

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Als ich den Dreh raus hatte, konnte ich sechs Rohre nacheinander laminieren mit UP Vorgelat in der Form.

Alle sechs Rohre wiegen gerade einmal 5g zusammen! Kein Wunder, da die Rohre nur aus einer Lage geflechtschlauch bestehen.

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chris-t

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Herstellung der Ausleger Negativform:

Herstellung der Ausleger Negativform:

Das aufwändigste Teil, sowohl am CAD, als auch zum laminieren waren die Ausleger, auf denen die Motoren befestigt werden.

Da die Ausleger nicht mit der Ballontechnik gebaut werden können, habe ich mich dazu entschieden, diese jeweils einzeln als Ober und Unterschale in einer zweiteiligen Negativform zu laminieren. Ausgehärtet wurden dann die Hälften mittels Vakuum im Temperofen bei 50°C.
Um die zwei Hälften später sicher mit einander verkleben zu können, habe ich 3mm Wachsstreifen an den Rand der Trennebene geklebt. Die Wachssteifen simulieren eine Gewebedicke und hinterlassen eine Klebekante im Bauteil.
Somit konnte ich am Ende die Klebenaht der Ausleger mit 6mm breiten Glasgewebestreifen rundum sicher verstärken.

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Beide Formhälften im CAD angepasst an die Ureol Block Größe.

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Werkzeugweg im CAM Programm von Fusion360.

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Jetzt darf kein Fehler passieren, sonst wird es teuer...

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Drei verschiedene Fräser haben ausgereicht um die Form herzustellen.

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Bevor man die Negativformen nutzen kann, müssen diese zuerst 2K gefüllert und 2k Klarlack lackiert werden.

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Hey Chris, auch ich finde, dass dein Projekt der Wahnsinn ist! Sehr gut gemacht und aller höchsten Respekt für die Arbeit, die du da rein steckst!
Das ist wirklich eine Inspiration für andere Modellbauer. Ich bin ja eher weniger im Helicopterbereich unterwegs, aber deine Arbeit fasziniert mich schon.
Ich hoffe du hältst uns noch weiter auf dem Laufenden und zeigst uns auch noch deine zukünftigen Projekte! Wirklich beeindruckend!!
 

chris-t

User
Hey Chris, auch ich finde, dass dein Projekt der Wahnsinn ist! Sehr gut gemacht und aller höchsten Respekt für die Arbeit, die du da rein steckst!
Das ist wirklich eine Inspiration für andere Modellbauer. Ich bin ja eher weniger im Helicopterbereich unterwegs, aber deine Arbeit fasziniert mich schon.
Ich hoffe du hältst uns noch weiter auf dem Laufenden und zeigst uns auch noch deine zukünftigen Projekte! Wirklich beeindruckend!!

Hallo Modellstarter,

vielen Dank, schön zu hören, dass es gefällt. Auch ich bin eher bei den Flächenfliegern anzufinden, habe aber auch Spaß an Multicoptern gefunden und somit kam es zu dem Projekt.
Ich werde auf jeden Fall weiter berichten. ;)

LG Chris
 

chris-t

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Innenausbau

Innenausbau

Da die meiste Elektronik im Heck des Copters platziert ist, habe ich im Innenraum des Rumpfes genug Platz für einen Innenausbau des Cockpits.
Hier zu sehen ist die Verteilung der Komponenten im Rumpf:

Verteilung.jpg

Um dem Orignal gerecht zu werden, habe auch ich die wichtigsten Merkmale des Cockpits für mein Modell übernommen.
Hier das Original mit zwei großen Displays:

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Um alle Teile des Innenausbaus platzieren zu können, habe ich erstmal ein Schalenmodell vom Rumpf erstellt.

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Auf die Displays bin ich besonders stolz. Es handelt sich um 1 zoll OLED Displays, welche per I2C von einem Arduino Nano gesteuert werden.

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Kanppe Sache. Sobald die Ecken ein wenig abgefeilt sind, passen die Displays dann auch ins Gehäuse.

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Das Original hat eine Akku Anzeige der einzelnen Akkupacks im Cockpit. Auch diese habe ich nachgebaut und aus PMMA gefräst und graviert. Das war schon eine echte Herausforderung in der Größe.

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Die Hintergrundbeleuchtung durch viele kleine einzel LED's darf natürlich nicht fehlen. :D
Also habe ich mir kurzerhand einen LED Streifen selbst angefertigt.

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Beides zusammen sieht dann echt klasse aus!

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Hier nochmal als Größenvergleich die kleinen gravierten Zahlen:

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So sieht es dann im eingebauten Zustand aus: Die Konsole wurde FDM 3D gedruckt. Die Manschette für den Joystick stammt von einem RC-Car.

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Sie Sitze wurden aus Gewichtsgründen aus Vivak tiefgezogen. Die Tiefziehform dafür kam ebenfalls aus dem 3D Drucker.

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Die letzten Teile werden demnächst noch vom Kollegen auf einem DLP Drucker gedruckt.

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Anfangs war noch ein bewegter Steuerknüppel mittels Servos geplant, habe ich aber verworfen, da in der Mittelkonsole nur sehr wenig Platz ist und auch noch kabel durchgeführt werden müssen.

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StephanB

Vereinsmitglied
Wow!
Eine Wahnsinnsleistung legst du da vor. Freue mich schon drauf, das fertige Modell irgendwann in Natura zu sehen.
Hau rein!
Gruß
Stephan
 

chris-t

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Weitere Laminierformen entstehen:

Weitere Laminierformen entstehen:

Als erstes Teil für den Rumpf, habe ich die Negativformen für die Türen gefräst. Hier zu erkennen: Die linke und die rechte Seite nach der Schruppbearbeitung.

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Anschließend wurde die Form mit einem kleinen Kugelfräser geschlichtet.

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Frisch von der Fräse:

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Danach wurde die Form noch mit einem Sealer behandelt um die offnen Poren zu schließen. Anschließend geschliffen, 2k grundiert und 2k Klarlack lackiert.

Weiter geht es mit dem sternförmigen Zentralverbinder aller Außlegerarme.:

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Aus alten Reststücken einer Form für eine Türverkleidung eines Schneemobils, wurden kurzerhand weitere Formen für meinen Volocopter gefräst.

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Hier entstehen sehr kleine Formen, welche später das angeschraube Landegestell abdecken soll und somit das Modell optisch schöner wirken lassen.

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Nach dem Sealer-Auftrag waren dann die Formen bereit zum lackieren.

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chris-t

User
Erster Zwischenstand der Laminierformen:

Erster Zwischenstand der Laminierformen:

Hier noch zwei Bilder vom Schlichtdurchgang der Teile.

Screenshot_20200706-204934_Video Player.jpg

Screenshot_20200706-205011_Video Player.jpg

Die ersten Formen sind nun fertig zum lackieren.
Auch hier zu sehen, ist die Negativform für die Kufen des Landegestells. Diese habe ich aber später anders aufgebaut.

Alle bisherig angefertigten Formen im Überblick:

  • Zweiteilige Negativform für sternförmiges Mittelstück, welches später alle Ausleger miteinander verbindet.
  • Negativform für den Instrumenten Pilz.
  • Negativfrom der Türen.
  • Negativform für den sternförmigen Deckel.
  • Zweiteilige Negativform für die Landekufen.
  • Zweiteilige Negativfrom für die gekrümmten Verbindungsrohre.
  • Zweiteilige Negativform für die Ausleger Arme.

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chris-t

User
Das Landegestell

Das Landegestell

Auch das Landegestell habe ich komplett aus Kohlefaser laminiert. Es besteht aus mehreren Teilen:

Die Landekufen bestehen aus einem vorderen gewölbtem Rohr, welches in einer 3D gedruckten Negativform mit der Ballontechnik und Kohleschlauch hergestellt wurde. Der hintere Teil ist ein gekauftes Rohr, welches ich zufällig auf der Messe in Friedrichshafen gefunden habe.

Die vorderen und hinteren Beine wurden in einer gefrästen Negativform gepresst.

Die Landebeine werden später einfach an den Rumpf mit M3 Schrauben angeschraubt.

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Bei dem ersten Versuch alle vier Formen auf einmal zu fräsen, gab es leider einen crash.

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Der Fräsblock hat sich gelöst und wurde vom noch rotierenden Fräser angehoben und gedreht. :D
Zum Glück war noch genügend Material vorhanden für einen weiteren Versuch.

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Die Formen im selbst gebauten Temperofen beim aushärten bei 50°C :

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Fertig verdübelt :D

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chris-t

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Scheiben tiefziehen.

Scheiben tiefziehen.

Um eine nahtlose Verglasung am Modell zu realisieren, habe ich die Verklebekante am Urmodell abgesetzt. So kann ich später die Kante zwischen den tiefgezogenen Scheiben und dem CFK Rumpf verspachteln und überlackieren.
Somit bekomme ich hoffentlich ein nicht sichtbarer Übergang zwischen Scheibe und Rumpf.

So würde man normalerweise die Scheiben einkleben:

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Mit dieser Methode erhoffe ich mir ein nahtloser Übergang zur Scheibe.

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Diesmal keine Negativform, sondern direkt als Positiv gefräst. :D

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Die Scheiben habe ich aus 1mm dickem Vivak tiefgezogen.

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