Cyfraniad Argraffu 3D mewn Cymwysiadau Robot

Mae technoleg argraffu metel 3D (SLM), trwy ffurfio integredig ac optimeiddio topoleg, wedi dod yn ddull gweithgynhyrchu craidd ar gyfer cyflawni pwysau eithafol a pherfformiad uchel mewn robotiaid dynol. Mae hyn nid yn unig yn lleihau'n sylweddol yr ynni a ddefnyddir wrth symud, ond hefyd yn gwella'n sylweddol gyflymder ymateb deinamig robot a'i allu cario llwyth.

Ym maes datblygu robotiaid dynol, un o'r heriau anoddaf i gwmnïau technoleg mawr yw rhoi corff cryf ac ysgafn i ddeallusrwydd artiffisial.

Mae dulliau prosesu metel traddodiadol, megis castio neu beiriannu CNC, yn aml yn cael eu cyfyngu gan lwybrau offer a geometreg llwydni, gan ei gwneud hi'n anodd cynhyrchu strwythurau gwag mewnol cymhleth neu ddyluniadau ysgerbydol bio-ysbrydoledig. Y canlyniad yw cydrannau swmpus sy'n rhoi baich ychwanegol ar y moduron. Mae dyfodiad technoleg Toddi Laser Dewisol (SLM) wedi torri'r terfyn amser hwn. Mae'r dechnoleg hon yn defnyddio pelydr laser dwysedd ynni uchel, o dan amddiffyniad nwy anadweithiol, i doddi a chaledu powdrau metel fel aloi titaniwm ac aloi alwminiwm haen yn ôl haen - yn "dyfu" yn uniongyrchol y solid tri dimensiwn a gynlluniwyd ymlaen llaw. Mae'r strwythur wedi'i wneud yn drwchus mewn ardaloedd sy'n cario llwythi trwm a dellt-tebyg neu wedi'u gwagio{.allan mewn ardaloedd sy'n cario llwythi ysgafn, gan leihau pwysau mwyaf tra'n dal i warantu cryfder.

Mae cymhwyso technoleg SLM mewn gweithgynhyrchu robotiaid humanoid yn cael ei adlewyrchu amlycaf yn strwythurau cario llwyth craidd a chydrannau. Mae angen i robotiaid humanoid gerdded yn aml, cario llwythi, a pherfformio symudiadau eraill, ac mae trorym enfawr ar eu cymalau coes a braich.

Er mwyn lleihau'r hunan-pwysau, mae ymchwilwyr wedi defnyddio technoleg SLM wedi'i chyfuno ag algorithmau optimeiddio topoleg i ddylunio math cwbl newydd o gysylltydd ar y cyd. Yn hytrach na bloc solet o fetel, mae'r gydran hon ar ffurf strwythur rhwyll cymhleth sy'n debyg i asgwrn trabeciwlar biolegol.

Cymerwch Optimus Gen2 Tesla fel enghraifft - mae ei strwythur cynnal cymalau pen-glin wedi'i wneud o aloi titaniwm 3D wedi'i argraffu. Roedd y broses hon nid yn unig yn lleihau pwysau'r gydran 42%, ond hefyd wedi gwella ei wrthwynebiad effaith yn sylweddol. Difidend uniongyrchol yr ysgafnu hwn yw symudiad robot cyflymach a bywyd batri hirach.

Mae -robot IRON cenhedlaeth newydd XPeng yn dilyn dull tebyg. Mae ei strwythur ysgerbydol yn defnyddio datrysiad printiedig 3D sy'n cyfuno ffibr parhaus neu neilon-12 â metel, gan gyflawni dyluniad bio-ysbrydoledig gyda thu mewn gwag ac asennau atgyfnerthol. Mae'n 40% yn ysgafnach na chydrannau metel traddodiadol, ond eto mae'n gallu amsugno ynni trwy ddadffurfiad strwythurol yn ystod cwymp, gan amddiffyn y moduron mewnol costus rhag difrod.

Y tu hwnt i leihau pwysau, mae technoleg SLM hefyd yn datrys yr heriau gweithgynhyrchu manwl sy'n gysylltiedig â "chydlynu llygad llaw- robot."

Mae angen deheurwydd a gallu synhwyro hynod o uchel ar effeithydd robot dynoloid (hy, ei law robotig), ac fel arfer mae angen integreiddio moduron, gerau trawsyrru, gwifrau synhwyrydd, a chydrannau eraill o fewn gofod hynod o dynn.

Mae gweithgynhyrchu traddodiadol yn gofyn am gydosod sawl rhan ar wahân, sydd nid yn unig yn cyflwyno gwallau cydosod mawr ond sydd hefyd yn dueddol o lacio dros amser. Gyda thechnoleg SLM, gellir integreiddio nodweddion megis seddi dwyn, sianeli gwifren, a rhwyllau afradu gwres yn uniongyrchol o fewn un gydran brintiedig, gan alluogi gweithgynhyrchu integredig "ar y cyd i-actuator". Mae'r ffurfiad integredig hwn yn dileu cliriadau cynulliad ac yn gwella manwl gywirdeb y cynnig yn sylweddol. Er enghraifft, ar gyfer cydrannau manwl fel synhwyrydd grym chwe echel, gall SLM eu hargraffu'n uniongyrchol - gan arwain nid yn unig at faint llai ond hefyd ystod fesur wedi'i wella 50% i 250%, am gost is na pheiriannu CNC swp traddodiadol. Mae'r gallu gweithgynhyrchu manwl uchel hwn yn galluogi robotiaid humanoid i gyflawni tasgau cain megis edafu nodwydd neu godi wy.

O ran amrywiaeth deunydd, mae technoleg SLM hefyd yn dod â robotiaid humanoid gyfuniad o anhyblygedd a hyblygrwydd.

Er bod SLM yn prosesu metelau yn bennaf, mae ei athroniaeth ddylunio sylfaenol wedi ymestyn i faes plastigau peirianneg arbenigol a deunyddiau cyfansawdd. Er enghraifft, mae'r deunydd cyfansawdd diliau amlhaenog a ddatblygwyd gan Boli Technology yn dynwared mecanwaith clustogi meinwe cyhyrau dynol ac mae wedi'i gymhwyso i haenau clustogi penelin a phen-glin Ffigur 02.

Mae'r deunydd hwn wedi'i argraffu'n 3D i mewn i strwythur mandyllog tebyg i diliau gyda dwysedd o ddim ond 40% o ddwysedd aloi alwminiwm, ond eto gall amsugno egni effaith a gwrthsefyll mwy nag 1 miliwn o gylchoedd plygu.

Ar yr un pryd, mae plastigau peirianneg perfformiad uchel fel PEEK (polyether ether ketone) hefyd yn cael eu defnyddio i argraffu strwythurau cynnal asgwrn cefn robotiaid a gerau. O'i gymharu â metel, mae gan PEEK ddwysedd isel iawn a phriodweddau hunan-iro. Defnyddiodd Optimus Gen2 Tesla ef i ddisodli aloi alwminiwm, gan gyflawni gostyngiad cyffredinol mewn pwysau o 10 cilogram a hybu cyflymder symud 30% o ganlyniad.

Er mwyn cymharu effeithiau technoleg SLM ar draws gwahanol gydrannau robotiaid yn fwy greddfol, mae'r tabl isod yn dangos y llamu perfformiad y mae'n ei gyflawni:

Mae technoleg SLM hefyd wedi cyflymu'r cylch iteru ymchwil a datblygu ar gyfer robotiaid dynol yn ddramatig.

Mae datblygu robot humanoid yn broses o brofi a methu parhaus - efallai y bydd angen adolygu lluniad dylunio a orffennwyd heddiw yfory. Gyda-gweithgynhyrchu traddodiadol yn seiliedig ar lwydni, mae'r cylch gwneud mowld yn hir ac yn gostus, ac unwaith y bydd y dyluniad yn newid, mae'r mowld yn troi'n sgrap.

Nid oes angen unrhyw lwydni o gwbl ar dechnoleg SLM - unwaith y bydd ffeil dylunio wedi'i huwchlwytho, gellir argraffu prototeip llawn neu sampl cydran graidd o fewn 1 i 3 diwrnod. Mae'r model gweithgynhyrchu "yr hyn rydych chi'n ei ddylunio yw'r hyn a gewch" hwn yn caniatáu i dimau Ymchwil a Datblygu argraffu rhannau dros nos a dechrau profi peiriannau go iawn y bore wedyn. Wrth ddatblygu robot IRON XPeng, defnyddiwyd y gallu prototeipio cyflym hwn i gywasgu'r cylch ailadrodd o "wythnosau" i "ddyddiau," gan helpu'r cwmni i gipio mantais gynnar mewn marchnad ffyrnig gystadleuol.

Wrth i gost powdr metel a gynhyrchir yn ddomestig barhau i ostwng, mae'r rhwystr i fasnacheiddio technoleg SLM hefyd yn gostwng. Yn 2025, gostyngodd pris powdr titaniwm a gynhyrchwyd yn ddomestig gymaint â 50%, gan wneud cais ar raddfa fawr o gydrannau metel printiedig 3D yn bosibl. Mae'n rhesymol rhagweld y bydd prisiau'n parhau i dueddu tuag at eu llawr ymarferol dros y pum mlynedd nesaf.

Heddiw, mae technoleg argraffu metel 3D yn cael ei chymhwyso nid yn unig mewn-robotiaid humanoid gradd diwydiannol, ond mae hefyd wedi ehangu i electroneg defnyddwyr - gan gynnwys cas aloi titaniwm yr Apple Watch a cholfachau ar gyfer ffonau clyfar plygadwy - sy'n dangos ei aeddfedrwydd ar gyfer gweithgynhyrchu manwl ar raddfa fawr.