Sumbangan Percetakan 3D dalam Aplikasi Robot

Teknologi percetakan 3D logam (SLM), melalui pembentukan bersepadu dan pengoptimuman topologi, telah menjadi kaedah pembuatan teras untuk mencapai berat ringan yang melampau dan prestasi tinggi dalam robot humanoid. Ini bukan sahaja mengurangkan tenaga yang digunakan semasa pergerakan dengan ketara, tetapi juga meningkatkan dengan ketara kelajuan tindak balas dinamik robot dan kapasiti galas-beban.

Dalam pembangunan robot humanoid, salah satu cabaran paling sukar untuk syarikat teknologi utama ialah memberikan kecerdasan buatan badan yang kuat dan ringan.

Kaedah pemprosesan logam tradisional, seperti tuangan atau pemesinan CNC, sering dikekang oleh laluan alat dan geometri acuan, menjadikannya sukar untuk menghasilkan struktur berongga dalaman yang kompleks atau reka bentuk rangka yang diilhamkan-bio. Hasilnya ialah komponen besar yang memberi beban tambahan pada motor. Kemunculan teknologi Selective Laser Melting (SLM) telah memecahkan kebuntuan ini. Teknologi ini menggunakan-tenaga-pancaran laser berketumpatan tinggi, di bawah perlindungan gas lengai, untuk mencairkan dan memejalkan serbuk logam seperti aloi titanium dan aloi aluminium lapisan demi lapisan - secara langsung "menumbuhkan" pepejal tiga dimensi-yang pra-reka bentuk. Struktur dibuat padat di kawasan yang menanggung beban berat dan kekisi-seperti atau berlubang-di kawasan yang menanggung beban ringan, mencapai pengurangan berat maksimum sambil masih menjamin kekuatan.

Aplikasi teknologi SLM dalam pembuatan robot humanoid ditunjukkan dengan paling jelas dalam struktur galas-beban teras dan komponen sambungan. Robot humanoid perlu kerap berjalan, membawa beban, dan melakukan pergerakan lain, dan sendi kaki dan lengan mereka menanggung tork yang sangat besar.

Untuk mengurangkan berat badan-sendiri, penyelidik telah menggunakan teknologi SLM digabungkan dengan algoritma pengoptimuman topologi untuk mereka bentuk penyambung sambungan jenis baharu sepenuhnya. Daripada blok logam pepejal, komponen ini mengambil bentuk struktur jaringan kompleks yang menyerupai tulang trabekular biologi.

Ambil Tesla Optimus Gen2 sebagai contoh - struktur sokongan sendi lututnya diperbuat daripada aloi titanium bercetak 3D-. Proses ini bukan sahaja mengurangkan berat komponen sebanyak 42%, tetapi juga meningkatkan ketahanan hentamannya dengan ketara. Dividen langsung daripada pemberat ringan ini adalah pergerakan robot yang lebih pantas dan hayat bateri yang lebih lama.

Robot IRON generasi baharu XPeng-mengikut pendekatan yang serupa. Struktur rangkanya menggunakan penyelesaian bercetak 3D-menggabungkan gentian atau nilon berterusan-12 dengan logam, mencapai reka bentuk berinspirasikan bio dengan bahagian dalam berongga dan tulang rusuk yang menguatkan. Ia 40% lebih ringan daripada komponen logam tradisional, namun mampu menyerap tenaga melalui ubah bentuk struktur semasa jatuh, melindungi motor dalaman yang mahal daripada kerosakan.

Di luar pengurangan berat, teknologi SLM turut menyelesaikan cabaran pembuatan ketepatan yang terlibat dalam "koordinasi-mata tangan" robot.

Pengesan akhir robot humanoid (iaitu, tangan robotnya) memerlukan ketangkasan dan keupayaan penderiaan yang sangat tinggi, dan biasanya perlu menyepadukan motor, gear penghantaran, pendawaian sensor dan komponen lain dalam ruang yang sangat ketat.

Pembuatan tradisional memerlukan pemasangan beberapa bahagian berasingan, yang bukan sahaja memperkenalkan ralat pemasangan yang besar tetapi juga terdedah kepada longgar dari semasa ke semasa. Dengan teknologi SLM, ciri seperti tempat duduk galas, saluran wayar dan jeriji pelesapan-panas boleh disepadukan terus dalam satu komponen bercetak, membolehkan pembuatan "sendi-ke-penggerak" bersepadu. Pembentukan bersepadu ini menghilangkan kelegaan pemasangan dan meningkatkan ketepatan gerakan dengan ketara. Contohnya, untuk komponen ketepatan seperti enam-penderia daya paksi, SLM boleh mencetaknya secara terus - menghasilkan bukan sahaja dalam saiz yang lebih kecil tetapi juga julat ukuran dipertingkatkan sebanyak 50% hingga 250%, pada kos yang lebih rendah daripada pemesinan CNC kelompok tradisional. Keupayaan pembuatan berketepatan tinggi{11}}ini membolehkan robot humanoid melakukan tugas yang rumit seperti memasukkan jarum atau mengambil telur.

Dari segi kepelbagaian bahan, teknologi SLM juga membawa robot humanoid gabungan ketegaran dan fleksibiliti.

Walaupun SLM terutamanya memproses logam, falsafah reka bentuk asasnya telah meluas ke dalam bidang plastik kejuruteraan khusus dan bahan komposit. Contohnya, bahan komposit sarang lebah berbilang{1}}lapisan yang dibangunkan oleh Boli Technology meniru mekanisme kusyen tisu otot manusia dan telah digunakan pada lapisan kusyen siku dan lutut pada Rajah 02.

Bahan ini dicetak 3D ke dalam struktur berliang-seperti sarang lebah dengan ketumpatan hanya 40% daripada aloi aluminium, namun ia boleh menyerap tenaga hentaman dan menahan lebih daripada 1 juta kitaran lenturan.

Pada masa yang sama, plastik kejuruteraan-berprestasi tinggi seperti PEEK (polieter eter keton) juga digunakan untuk mencetak struktur sokongan tulang belakang dan gear robot. Berbanding dengan logam, PEEK mempunyai ketumpatan yang sangat rendah dan -sifat pelincir sendiri. Optimus Gen2 Tesla menggunakannya untuk menggantikan aloi aluminium, mencapai pengurangan berat keseluruhan sebanyak 10 kilogram dan meningkatkan kelajuan pergerakan sebanyak 30% sebagai hasilnya.

Untuk membandingkan dengan lebih intuitif kesan teknologi SLM merentas komponen robot yang berbeza, jadual di bawah menggambarkan lonjakan prestasi yang diberikannya:

Teknologi SLM juga telah mempercepatkan secara mendadak kitaran lelaran R&D untuk robot humanoid.

Membangunkan robot humanoid ialah proses percubaan dan ralat berterusan - lukisan reka bentuk yang siap hari ini mungkin memerlukan semakan esok. Dengan pembuatan berasaskan-acuan tradisional, kitaran pembuatan-acuan adalah panjang dan mahal, dan sebaik sahaja reka bentuk berubah, acuan menjadi sekerap.

Teknologi SLM tidak memerlukan acuan sama sekali - sebaik sahaja fail reka bentuk dimuat naik, prototaip penuh atau sampel komponen teras boleh dicetak dalam masa 1 hingga 3 hari. Model pembuatan "apa yang anda reka ialah apa yang anda dapat" membolehkan pasukan R&D mencetak bahagian dalam sekelip mata dan memulakan ujian-mesin sebenar pada keesokan harinya. Dalam pembangunan robot BESI XPeng, keupayaan prototaip pantas ini digunakan untuk memampatkan kitaran lelaran daripada "minggu" kepada "hari," membantu syarikat merebut kelebihan awal dalam pasaran yang sangat kompetitif.

Memandangkan kos serbuk logam yang dikeluarkan dalam negara terus menurun, halangan untuk mengkomersialkan teknologi SLM juga semakin berkurangan. Pada tahun 2025, harga serbuk titanium yang dihasilkan di dalam negara turun sebanyak 50%, menjadikan-aplikasi besar-besaran bagi komponen logam bercetak 3D-mungkin. Adalah munasabah untuk meramalkan bahawa harga akan terus menjadi arah aliran ke arah tingkat praktikal mereka dalam tempoh lima tahun akan datang.

Hari ini, teknologi pencetakan 3D logam digunakan bukan sahaja dalam-robot humanoid gred industri, tetapi juga telah berkembang ke dalam elektronik pengguna - termasuk sarung aloi titanium Apple Watch dan engsel untuk telefon pintar boleh lipat - yang menunjukkan kematangannya untuk pembuatan ketepatan berskala besar-.