Doprinos 3D ispisa u aplikacijama robota

Tehnologija metalnog 3D ispisa (SLM), kroz integrirano oblikovanje i optimizaciju topologije, postala je osnovna proizvodna metoda za postizanje ekstremne male težine i visokih performansi u humanoidnim robotima. Ovo ne samo da značajno smanjuje energiju utrošenu tijekom kretanja, već i značajno poboljšava brzinu dinamičkog odziva robota i sposobnost podnošenja opterećenja-.

U razvoju humanoidnih robota, jedan od najtežih izazova za velike tehnološke tvrtke je dati umjetnoj inteligenciji tijelo koje je istovremeno snažno i lagano.

Tradicionalne metode obrade metala, poput lijevanja ili CNC obrade, često su ograničene putanjama alata i geometrijom kalupa, što otežava proizvodnju složenih unutarnjih šupljih struktura ili bio-kosturnih dizajna. Rezultat su glomazne komponente koje dodatno opterećuju motore. Pojava tehnologije selektivnog laserskog taljenja (SLM) prekinula je ovu mrtvu točku. Ova tehnologija koristi lasersku zraku visoke-energije-gustoće, pod zaštitom inertnog plina, za taljenje i skrućivanje metalnih prahova kao što su legura titana i aluminijske legure sloj po sloj - izravno "uzgajajući" unaprijed-dizajniranu tro-krutinu. Struktura je napravljena gusto u područjima koja podnose teška opterećenja i rešetka-ili izdubljena-u područjima koja podnose mala opterećenja, čime se postiže maksimalno smanjenje težine uz jamstvo čvrstoće.

Primjena SLM tehnologije u proizvodnji humanoidnih robota najjasnije se odražava u nosivim-strukturama jezgre i spojnim komponentama. Humanoidni roboti moraju često hodati, nositi terete i izvoditi druge pokrete, a njihovi zglobovi nogu i ruku podnose ogroman okretni moment.

Kako bi smanjili vlastitu-težinu, istraživači su koristili SLM tehnologiju u kombinaciji s algoritmima za optimizaciju topologije kako bi dizajnirali potpuno novu vrstu spojnog spojnika. Umjesto čvrstog metalnog bloka, ova komponenta ima oblik složene mrežaste strukture koja nalikuje biološkoj trabekularnoj kosti.

Uzmimo Teslin Optimus Gen2 kao primjer - njegova potporna struktura zgloba koljena napravljena je od 3D-tiskane legure titana. Ovaj proces ne samo da je smanjio težinu komponente za 42%, već je i značajno poboljšao njenu otpornost na udarce. Izravna dobit ovog laganog robota je brže kretanje robota i dulje trajanje baterije.

XPengova nova -generacija IRON robota slijedi sličan pristup. Njegova skeletna struktura koristi 3D-ispisano rješenje koje kombinira kontinuirana vlakna ili najlon-12 s metalom, čime se postiže bio-inspiriran dizajn sa šupljom unutrašnjosti i rebrima za ojačanje. 40% je lakši od tradicionalnih metalnih komponenti, ali ipak može apsorbirati energiju strukturnom deformacijom tijekom pada, štiteći skupe unutarnje motore od oštećenja.

Osim smanjenja težine, SLM tehnologija također rješava izazove precizne proizvodnje koji su uključeni u "koordinaciju ruke-oka" robota.

Krajnji efektor humanoidnog robota (tj. njegova robotska ruka) zahtijeva izuzetno visoku spretnost i sposobnost osjeta, i obično treba integrirati motore, zupčanike prijenosa, ožičenje senzora i druge komponente unutar izuzetno skučenog prostora.

Tradicionalna proizvodnja zahtijeva sklapanje više zasebnih dijelova, što ne samo da dovodi do velikih pogrešaka pri sklapanju, već je također sklono popuštanju tijekom vremena. Uz SLM tehnologiju, značajke kao što su sjedišta ležajeva, žičane kanale i-rešetke za raspršivanje topline mogu se integrirati izravno unutar jedne tiskane komponente, omogućujući integriranu proizvodnju "-za-pokretač". Ovo integrirano oblikovanje eliminira zazore pri sklapanju i značajno poboljšava preciznost pokreta. Na primjer, za precizne komponente kao što su šest-senzori sile sile, SLM ih može izravno ispisati - što rezultira ne samo manjom veličinom već i poboljšanim rasponom mjerenja za 50% do 250%, po nižoj cijeni od tradicionalne serijske CNC obrade. Ova visoko{11}}precizna proizvodna sposobnost omogućuje humanoidnim robotima da obavljaju delikatne zadatke kao što je uvlačenje konca u iglu ili uzimanje jajeta.

Što se tiče raznolikosti materijala, SLM tehnologija humanoidnim robotima također donosi kombinaciju krutosti i fleksibilnosti.

Dok SLM prvenstveno obrađuje metale, njegova temeljna filozofija dizajna proširila se na područje specijalne inženjerske plastike i kompozitnih materijala. Na primjer, više-slojni saćasti kompozitni materijal koji je razvila Boli Technology oponaša mehanizam amortizacije ljudskog mišićnog tkiva i primijenjen je na slojeve amortizacije za laktove i koljena na slici 02.

Ovaj materijal je 3D ispisan u poroznu strukturu-poput saća s gustoćom od samo 40% aluminijske legure, no ipak može apsorbirati energiju udarca i izdržati više od milijun ciklusa savijanja.

U isto vrijeme, -tehnička plastika visokih performansi kao što je PEEK (polieter eter keton) također se koristi za ispis potpornih struktura i zupčanika robota. U usporedbi s metalom, PEEK ima iznimno nisku gustoću i svojstva samo{2}}podmazivanja. Teslin Optimus Gen2 upotrijebio ga je za zamjenu aluminijske legure, postigavši ​​ukupno smanjenje težine od 10 kilograma i povećanje brzine kretanja za 30% kao rezultat.

Za intuitivniju usporedbu učinaka SLM tehnologije na različite komponente robota, tablica u nastavku ilustrira skokove performansi koje donosi:

SLM tehnologija također je dramatično ubrzala iteracijski ciklus istraživanja i razvoja za humanoidne robote.

Razvoj humanoidnog robota proces je neprekidnih pokušaja i pogrešaka - crtež dizajna završen danas možda će trebati revidirati sutra. S tradicionalnom proizvodnjom-na temelju kalupa, ciklus-izrade kalupa je dug i skup, a kada se dizajn promijeni, kalup postaje otpad.

SLM tehnologija uopće ne zahtijeva kalup - nakon što se datoteka dizajna učita, potpuni prototip ili uzorak osnovne komponente može se ispisati u roku od 1 do 3 dana. Ovaj proizvodni model "ono što dizajnirate to i dobijete" omogućuje timovima za istraživanje i razvoj da preko noći ispišu dijelove i započnu testiranje pravog-stroja već sljedećeg jutra. U razvoju XPengovog IRON robota, ova mogućnost brze izrade prototipova korištena je za komprimiranje iteracijskog ciklusa s "tjedana" na "dane", pomažući tvrtki da uhvati ranu prednost na žestoko konkurentnom tržištu.

Kako cijena domaćeg metalnog praha nastavlja padati, prepreka komercijalizaciji SLM tehnologije također pada. Godine 2025. cijena domaće proizvedenog titanovog praha pala je za čak 50%, što je omogućilo veliku-primjenu 3D-ispisanih metalnih komponenti. Razumno je predvidjeti da će se cijene nastaviti kretati prema svom praktičnom dnu tijekom sljedećih pet godina.

Danas se metalna 3D tehnologija ispisa primjenjuje ne samo u industrijski-humanoidnim robotima, već se proširila i na potrošačku elektroniku - uključujući kućište Apple Watcha od legure titana i šarke za sklopive pametne telefone - pokazujući svoju zrelost za-veliku preciznu proizvodnju.