Подвижные детали, напечатанные на 3D-принтере из металла + гибкая оболочка 

«Ловкие руки» — подвижные детали

Высокая точность, цельная 3D-печать

Впервые продемонстрировала отрасли применение своей технологии 3D-печати из металла в робототехнике —

На выставке не были представлены привычные для прошлых лет детали больших размеров со сложной топологией, а основное внимание было уделено демонстрации возможностей металлической 3D-печати в области высокоточных, цельных подвижных деталей .

Прямое производство подвижных деталей с помощью 3D-печати из металла наконец-то нашло применение в области робототехники!

При традиционной обработке пальцев манипулятора робота каждый сустав — проксимальный, средний и дистальный — требует отдельной обработки, что приводит к большому количеству деталей, длительному процессу сборки, появлению задержек в движении из-за зазоров при сборке и снижению точности управления.

Кроме того, процесс обработки этих деталей также не из простых. Каждый сустав представляет собой небольшой тонкостенный корпус с внутренними каналами для прокладки проводов, имеющий множество сложных криволинейных поверхностей, а на обоих концах необходимо прорезать прецизионные отверстия для шарниров, служащие для соединения с другими суставами.

При этом некоторые компоненты «Линцао Шоу»были спроектированы как единое целое, что позволило напечатать их на 3D-принтере без необходимости последующей сборки множества отдельных мелких деталей.

Как видно из опубликованных чертежей, корпус сустава, монтажные ушки и внутренняя ограничительная камера объединены в одну деталь, изготовленную методом 3D-печати; основной контур поворотного механизма сустава выполнен в виде цельной детали, не требующей внешних соединительных элементов, таких как винты; внутри детали имеются полости, отводы и другие элементы, а её форма, созданная с использованием принципов биомимикрии, точно повторяет изгибы ладони человека.

По сравнению с традиционными методами обработки, наиболее очевидным результатом 3D-печати является значительное сокращение количества деталей и этапов сборки, а также существенное повышение точности и надежности узлов. Кроме того, благодаря использованию титановых сплавов при изготовлении узлов конструкция в целом отличается исключительной легкостью.

Для обеспечения подвижности компонентов и сокращения объема последующей обработки используется технология высокоточной 3D-печати, основанная на применении узкого луча и сверхтонкие слоя порошка толщиной 20 мкм, а также печати в вертикальном направлении, что позволяет стабильно поддерживать шероховатость вертикальных поверхностей на уровне не более Ra 3,2 мкм. Точность размеров деталей достигает ±0,05 мм, что обеспечивает высокую точность высокочастотного соединения в местах сочленений.

Специалисты по исследованиям и разработкамотмечают, что легкие и маневренные компоненты кисти, изготовленные с помощью технологии 3D-печати, позволяют снизить собственный вес кисти робота; а цельная конструкция обеспечивает более высокую стабильность работы компонентов, что позволяет использовать их в течение длительного времени в различных сценариях, включая промышленную гибкую сборку и интеллектуальные услуги.

Кроме того, были продемонстрированы практические применения робота, что, возможно, означает, что данный компонент уже нашел применение в конкретных сценариях

.

В настоящее время в робототехнической отрасли продукты обновляются с чрезвычайно высокой скоростью; благодаря технологии 3D-печати можно быстро создавать прототипы и оперативно поставлять продукцию мелкими и средними партиями, что позволяет эффективно снизить затраты предприятий этой отрасли, связанные с инновациями и пробными разработками.

Применение 3D-печати в производстве корпусов роботов

На недавно прошедшем Всемирном конгрессе по робототехнике автор заметил, что многие компании-производители роботов уже используют технологию 3D-печати для изготовления корпусов роботов. На выставке Formnext были продемонстрированы два примера применения технологии 3D-печати с использованием полимерных материалов в этой сфере.

Во-первых, используется PEBA3Dробота, напечатанного на 3D-принтере из PEBA, в виде решетчатой детали, которая в основном используется для покрытия ключевых частей робота, таких как голова, грудь и руки. Благодаря решетчатой конструкции удалось обеспечить прочность конструкции и одновременно снизить вес.

PEBA сочетает в себе высокую прочность и высокую вязкость, сохраняет стабильность в широком диапазоне температур от 20 °C до 120 °C, благодаря чему обладает исключительной атмосферостойкостью и способен удовлетворить требования к эксплуатации роботов в различных условиях и при длительном сроке службы; может использоваться для изготовления роботов бионических мышц.

Еще одно приложение — гибкая кожа робота с кристаллической решеткой, напечатанная на 3D-принтере с использованием технологии TPU, которая обеспечивает амортизацию и защиту, плотно прилегает к сложным криволинейным поверхностям и адаптируется к изгибам суставов.

Преимущество 3D-печати решетчатых структур заключается в том, что путем регулирования параметров решетки можно варьировать жесткость отдельных зон, что позволяет обеспечить механические свойства, аналогичные биологической коже, а также с высокой точностью воспроизводить морфологические особенности различных частей тела человека. Это позволяет избежать недостатков традиционных материалов, в которых форма поддерживается за счет наслоения избыточных решеток, и при этом значительно снизить вес конструкции, уменьшить нагрузку на привод и увеличить время автономной работы, сохраняя при этом прочность конструкции.

Кроме того, пористая решетка обладает амортизирующими и ударопрочными свойствами, обеспечивает воздухопроницаемость и отвод тепла, а также позволяет предусмотреть каналы для установки датчиков, что обеспечивает интеграцию конструкции и систем восприятия, одновременно облегчая быструю итерацию прототипов и адаптацию к требованиям индивидуальной разработки роботов.

Обсуждение

В частности, прецизионные детали, способные непосредственно участвовать в движении, развеяли укоренившееся представление о том, что 3D-печать из металла предназначена исключительно для изготовления конструкционных элементов, и предложили решение проблем, связанных со сборкой сложных подвижных механизмов, однако для этого необходима поддержка высокоточных технологий 3D-печати.

С другой стороны, бионические корпуса и кожа для роботов стали ещё одним направлением применения технологий 3D-печати, что одновременно укрепило позиции компании в сфере робототехники.

Все признаки указывают на то, что применение технологии 3D-печати в области робототехники гораздо шире, чем нам кажется.