Эпоха робототехники перестала быть научной фантастикой. Вирусные видеоролики, где роботы Atlas от Boston Dynamics выполняют сложные паркур-элементы, бросая вызов гравитации, или участники конкурса DARPA Challenge ориентируются в смоделированных зонах катастроф, наглядно демонстрируют, как роботы ломают прежние барьеры применения.
Unitree, Tesla и другие отраслевые лидеры стремительно наращивают темпы выпуска интеллектуальной робототехники. Такой рывок требует качественной революции и в производстве компонентов: промышленным роботам требуется ускоренное внедрение
и снижение веса, в то время как развитие антропоморфной робототехники расширяет границы возможного.
Традиционные методы производства зачастую уже не справляются с новыми задачами.
На выручку приходит аддитивное производство, включая технологию 3D-печати методом селективного лазерного спекания (SLS). С ее помощью изготавливается оснастка промышленных роботов, структурные детали дронов, компоненты полноразмерных роботов-гуманоидов. 3D-печатные решения с использованием таких материалов, как нейлон-12, доказали надежность при применении в быстром прототипирования и производстве функциональных деталей.
SLS 3D-печать выделяется разнообразием материалов, возможностью создания сложных деталей без поддержек и выращивания большого количества деталей в несколько «этажей» за один производственный цикл, высокой эффективностью производства.
Три практических примера SLS 3D-печати в робототехнике
Производство человекоподобных роботов[I]
Компания TPM3D использовала SLS 3D-принтер P360 и композит Precimid1172 Pro GF30
BLK на основе нейлона со стекловолоконным армированием в производстве компонентов тела и конечностей гуманоидного робота. Сложные решетчатые конструкции обеспечили оптимальное сочетание высокой прочности и малого веса.
Большой рабочий объем 3D-принтера TPM3D P360 — 360x360x600 мм — позволил изготовить пятьдесят две детали — три полных комплекта — за один цикл печати продолжительностью в тридцать два с половиной часа.
Оборудование допускает возможность повторного использования неспеченного порошка — восемьдесят процентов старого материала с двадцатипроцентной добавкой свежего. Это значительно снижает объемы отходов и себестоимость. Общий расход порошка составил 46,78 кг с долей нового материала всего 9,36 кг.
Итеративная разработка промышленной робототехники
Производитель промышленных роботов столкнулся с длительными задержками при проектировании и высокими затратами на изготовление прототипов.
Решением стала технология SLS 3D-печати от TPM3D, позволившая оперативно изготавливать основные детали роботизированной руки. Это позволило быстро
создавать физические прототипы, проводить структурные испытания и оптимизировать конструкцию, сократив сроки опытно-конструкторских работ и открыв путь к бесперебойному массовому производству.
Беспилотные патрульные машины
Дубайская компания MicroPolis Robotics использовала широкоформатный двухлазерный SLS 3D-принтер S600DL компании TPM3D и композит Precimid1176 Pro GF30 BLK с высокой степенью повторного использования расходного материала в изготовлении переднего структурного компонента беспилотной патрульной машины.
В сравнении с традиционным производством металлических деталей, SLS 3D-печать сократила производственные сроки вдвое — с четырех до двух дней. Масса детали снизилась с двадцати семи до четырех килограмм, то есть на 82%, что значительно увеличило запас хода и маневренность транспортного средства.
Три основных преимущества SLS 3D-печати: преодоление традиционных производственных ограничений
Традиционные методы производства, такие как обработка на станках с ЧПУ или литье
под давлением, часто неэффективны при производстве сложных робототехнических деталей из-за высокой стоимости инструмента, медленного выполнения итераций и большого количества отходов. Технология SLS 3D-печати от TPM3D преодолевает эти ограничения за счет точного лазерного спекания порошковых материалов, обеспечивая существенные преимущества:
1. Прочность и легкость. Изготовленные по технологии SLS 3D-печати детали демонстрируют превосходную изотропность (одинаковую прочность по всем осям), обеспечивающую надежность при динамических нагрузках, будь то повторяющиеся захваты в промышленных условиях или ударное воздействие на ноги бегущего
гуманоида. Кроме того, SLS 3D-печать позволяет создавать сложные полые конструкции, служащие отличной альтернативой тяжелым металлическим деталям. Снижение массы более чем на 80% повышает маневренность и энергоэффективность роботов.
2. Изготовление сложных геометрических форм без опорных структур. Специфика технологии обеспечивает естественную поддержку спекаемых слоев средой порошкового материала, помогая выстраивать сложные компоненты, такие как корпуса с интегрированными датчиками или топологически оптимизированные манипуляторы. Технология позволяет печатать детали с интегрированными каналами, решетчатые конструкции и органические формы без использования поддержек, расширяя свободу дизайна и снижая затраты на постобработку.
3. Повышение гибкости при быстром прототипировании и мелкосерийном производстве. SLS 3D-печать позволяет напрямую преобразовывать цифровые модели в функциональные компоненты, устраняя необходимость в дорогостоящей и трудоемкой оснастке. Это значительно сокращает циклы разработки, ускоряет итеративную разработку и способствует экономичному мелкосерийному производству для тестирования или узкоспециализированных применений.
Кроме того, решения TPM3D для SLS 3D-печати включают широкий ассортимент промышленных материалов, в том числе полиамиды, полипропилен, термопластичный полиуретан, полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиэфиркетонкетон (ПЭКК). Предлагаемые расходные материалы удовлетворяют разнообразным требованиям — от общих конструкций до высокотемпературных и износостойких компонентов. В сочетании с исключительной размерной точностью (±0,2 мм на 100 мм) 3D-принтеры TPM3D обеспечивают прецизионную посадку и функциональность даже самых сложных роботизированных узлов.
Технологии, обеспечивающие будущее робототехники
По мере совершенствования робототехники SLS 3D-печать будет играть все более
важную роль:
Промышленные роботы. Возможность создания индивидуальных рабочих органов, легких рук и быстрой разработки интегрированных функциональных корпусов.
Гуманоидные роботы. Поддержка НИОКР и производства сложных узлов, таких как многосенсорные головы, биомиметические руки, корпусные и структурные компоненты.
Разработка основных узлов и компонентов роботов. Оперативное функциональное прототипирование и мелкосерийное производство важных деталей и узлов — редукторов, корпусов двигателей и так далее.
Источник: 3D TODAY
