Допринос 3Д штампања у роботским апликацијама

Технологија металног 3Д штампања (СЛМ), кроз интегрисано обликовање и оптимизацију топологије, постала је основни производни метод за постизање екстремне тежине и високих перформанси код хуманоидних робота. Ово не само да значајно смањује енергију која се троши током кретања, већ и значајно побољшава брзину динамичког одговора робота и капацитет{2}}носивости оптерећења.

У развоју хуманоидних робота, један од најтежих изазова за велике технолошке компаније је давање вештачкој интелигенцији тело које је и снажно и лагано.

Традиционалне методе обраде метала, као што су ливење или ЦНЦ обрада, често су ограничене путањама алата и геометријом калупа, што отежава производњу сложених унутрашњих шупљих структура или дизајна скелета инспирисаних био-. Резултат су гломазне компоненте које додатно оптерећују моторе. Појава технологије селективног ласерског топљења (СЛМ) је прекинула овај ћорсокак. Ова технологија користи ласерски зрак високе{4}}енергетске-густине, под заштитом од инертног гаса, за топљење и учвршћивање металних прахова као што су легура титанијума и легуре алуминијума слој по слој - директно „узгајајући“ унапред-дизајнирану тродимензионалну- чврсту материју. Структура је направљена густом у областима које подносе велика оптерећења и решеткастим-или удубљене-у областима које подносе мала оптерећења, постижући максимално смањење тежине док и даље гарантују снагу.

Примена СЛМ технологије у производњи хуманоидних робота најјасније се огледа у основним конструкцијама које носе оптерећење-и зглобним компонентама. Хуманоидни роботи морају често да ходају, носе терет и изводе друге покрете, а њихови зглобови ногу и руку подносе огроман обртни момент.

Да би смањили сопствену{0}}тежину, истраживачи су користили СЛМ технологију у комбинацији са алгоритмима за оптимизацију топологије да би дизајнирали потпуно нови тип спојног конектора. Уместо чврстог металног блока, ова компонента има облик сложене мрежасте структуре која подсећа на биолошку трабекуларну кост.

Узмите Теслин Оптимус Ген2 као пример - његова потпорна структура за зглоб колена је направљена од 3Д-штампане легуре титанијума. Овај процес не само да је смањио тежину компоненте за 42%, већ је и значајно побољшао њену отпорност на ударце. Директна дивиденда ове мале тежине је брже кретање робота и дужи век трајања батерије.

КСПенгова нова-генерација ИРОН робота прати сличан приступ. Његова скелетна структура користи 3Д-штампано решење које комбинује непрекидна влакна или најлон-12 са металом, постижући дизајн инспирисан биолошким шупљинама и ребрима за ојачање. Он је 40% лакши од традиционалних металних компоненти, али је у стању да апсорбује енергију кроз структурну деформацију током пада, штитећи скупе унутрашње моторе од оштећења.

Осим смањења тежине, СЛМ технологија такође решава изазове прецизне производње укључене у роботову „координацију руку-ока“.

Крајњи ефектор хуманоидног робота (тј. његова роботска рука) захтева изузетно високу спретност и способност сензора, и обично треба да интегрише моторе, преноснике, ожичење сензора и друге компоненте у изузетно уском простору.

Традиционална производња захтева склапање више одвојених делова, што не само да доводи до великих грешака при монтажи, већ је и склоно отпуштању током времена. Са СЛМ технологијом, функције као што су лежишта лежајева, жичани канали и решетке за{1}}одвођење топлоте могу да се интегришу директно у једну штампану компоненту, омогућавајући интегрисану производњу „споји-за-актуаторе. Ово интегрисано обликовање елиминише зазоре при монтажи и значајно побољшава прецизност кретања. На пример, за прецизне компоненте као што су сензори силе са шест{6}}осних осовина, СЛМ може да их штампа директно - што резултира не само мањом величином, већ и опсегом мерења побољшаним за 50% до 250%, по нижој цени од традиционалне серијске ЦНЦ обраде. Ова високо{11}}способност производње омогућава хуманоидним роботима да обављају деликатне задатке као што су увлачење конца у иглу или подизање јајета.

У погледу материјалне разноликости, СЛМ технологија такође доноси хуманоидним роботима комбинацију крутости и флексибилности.

Док СЛМ првенствено обрађује метале, његова основна филозофија дизајна проширила се на област специјалне инжењерске пластике и композитних материјала. На пример, вишеслојни композитни материјал у облику саћа који је развио Боли Тецхнологи опонаша механизам амортизације људског мишићног ткива и примењен је на слојеве јастука за лактове и колена на слици 02.

Овај материјал је 3Д штампан у порозну структуру попут саћа-са густином од само 40% густине легуре алуминијума, а ипак може да апсорбује енергију удара и издржи више од милион циклуса савијања.

Истовремено, за штампање структура и зупчаника за кичму робота такође се користи пластика високих{0}}конструкција као што је ПЕЕК (полиетер етер кетон). У поређењу са металом, ПЕЕК има изузетно ниску густину и својства-самоподмазивања. Теслин Оптимус Ген2 га је користио да замени легуру алуминијума, постигавши укупно смањење тежине од 10 килограма и повећање брзине кретања за 30% као резултат.

Да бисмо интуитивније упоредили ефекте СЛМ технологије на различите компоненте робота, табела испод илуструје скокове перформанси које она пружа:

СЛМ технологија је такође драматично убрзала циклус итерације истраживања и развоја за хуманоидне роботе.

Развој хуманоидног робота је процес континуираних покушаја и грешака - данас ће можда требати ревизија цртежа који је завршен данас. Са традиционалном производњом-базираном на калупима, циклус израде калупа-је дуг и скуп, а када се дизајн промени, калуп постаје отпад.

СЛМ технологија уопште не захтева калуп - када се отпреми фајл дизајна, цео прототип или узорак основне компоненте може да се одштампа у року од 1 до 3 дана. Овај производни модел „оно што дизајнирате је оно што добијате“ омогућава тимовима за истраживање и развој да штампају делове преко ноћи и почну са правим{4}}машинским тестирањем већ следећег јутра. У развоју КСПенговог ИРОН робота, ова могућност брзе израде прототипа је коришћена за компримовање циклуса итерације са „седмица“ на „дане“, помажући компанији да стекне рану предност на жестоком конкурентном тржишту.

Како цена домаћег металног праха наставља да опада, баријера комерцијализацији СЛМ технологије такође опада. Године 2025. цена домаћег титанијумског праха пала је за чак 50%, што је омогућило -примену 3Д-штампаних металних компоненти великих размера. Разумно је предвидети да ће цене наставити да се крећу ка свом практичном прагу у наредних пет година.

Данас се технологија металне 3Д штампања примењује не само у индустријским-хуманоидним роботима, већ се проширила и на потрошачку електронику - укључујући кућиште од легуре титанијума за Аппле Ватцх и шарке за склопиве паметне телефоне - што показује своју зрелост за велику-прецизну производњу.