Different Parts of A Robot: Which Plastic are Most Suitable For?

Каб вырашыць праблему супадзення матэрыялаў для розных частак робата, неабходна ўлічваць асноўныя функцыянальныя патрабаванні кожнай дэталі (напрыклад, зносаўстойлівасць злучэнняў, лёгкі корпус і нізкае трэнне ў сістэме трансмісіі), у спалучэнні з характарыстыкамі матэрыялу (напрыклад, высокая трываласць ПЭЭК і прастата апрацоўкі ПК/АБС) і выдаткі на камерцыялізацыю, каб дасягнуць аптымальнага балансу паміж прадукцыйнасцю, вагой і коштам. Сёння давайце разам з AHD даведаемся, якія матэрыялы падыходзяць для розных частак робата.

Ліст PEEK AHD 1 мм

I. Суставы: «Асноўнае поле бітвы» высокай зносаўстойлівасці, нізкага трэння і лёгкай канструкцыі

Суставы - гэта "цэнтры" руху робата, якія павінны вытрымліваць высокачашчынныя зваротна-паступальныя руху, бесперапынныя нагрузкі і знос пры трэнні. Асноўныя патрабаванні: высокая зносаўстойлівасць, нізкі каэфіцыент трэння, лёгкая канструкцыя і стабільнасць памераў.

1. Пераважны матэрыял: PEEK (поліэфірэтэркетон)

Адпаведнасць прадукцыйнасці: PEEK - гэта "шасцікутны воін" сярод інжынерных пластмас, які валодае высокай трываласцю (трываласць на разрыў ≈ 100 МПа), нізкім каэфіцыентам трэння (0,15-0,25), устойлівасцю да высокіх тэмператур (доўгатэрміновая рабочая тэмпература ≈ 250 ℃) і нізкім паглынаннем вільгаці (каэфіцыент водапаглынання < 0,1%), цалкам адпавядаючы патрабаванням зносаўстойлівасці і стабільнасці. патрабаванні суставаў.

Поліэфірэтэркетонны ліст AHD

2. Дадатковы матэрыял: PEEK, армаваны вугляродным валакном (CF/PEEK)

Павышэнне прадукцыйнасці: для суставаў з высокай нагрузкай (напрыклад, тазасцегнавых і каленных суставаў) выкарыстанне PEEK, армаванага вугляродным валакном (утрыманне вугляроднага валакна ≈ 30 %), можа палепшыць трываласць (мяжа трываласці на расцяжэнне ≈ 120 МПа) і калянасць (модуль ≈ 10 ГПа), захоўваючы пры гэтым зносаўстойлівасць PEEK.

Аркуш з вугляродным напаўненнем AHD PEEK

3. Баланс выдаткаў: POM (полиоксиметилен)

Дастасавальныя сцэнарыі: для неасноўных суставаў з нізкай нагрузкай (напрыклад, суставаў запясцяў і пальцаў) можна выбраць POM (полиоксиметилен). POM мае высокую калянасць (мяжа трываласці на разрыў ≈ 60 МПа), нізкі каэфіцыент трэння (0,1-0,2) і характарыстыкі лёгкай апрацоўкі, а яго кошт складае ўсяго 1/5 PEEK, што робіць яго прыдатным для масавай вытворчасці.

Ліст POM AHD 1 мм

II. Shell: збалансаванае рашэнне для лёгкага дызайну, абароны і эстэтыкі

Абалонка - гэта "верхняе адзенне" робата, якое патрабуе трох ключавых функцый: лёгкі (памяншэнне агульнай вагі), абарона (ўстойлівасць да ўдараў і карозіі) і эстэтыка (прыгожы і ў адпаведнасці з мовай дызайну).

1. Пераважны матэрыял: PC/ABS сплаў

Адпаведнасць прадукцыйнасці: PC/ABS-сплаў (полікарбанат + акрыланітрыл-бутадыен-стырол) з'яўляецца "каралём эканамічнай эфектыўнасці", які спалучае ў сабе высокую ўдарную трываласць PC (ударная трываласць з надрэзамі ≈ 60 кДж/м²) з лёгкасцю апрацоўкі ABS (кароткі цыкл ліцця пад ціскам). Ён таксама мае нізкую шчыльнасць (≈1,1 г/см³), што робіць яго прыдатным для стварэння ракавін складанай формы (напрыклад, тулава і канечнасцяў).

AHD PC ABS ліст

2. Варыянт высокага класа: палімер, армаваны вугляродным валакном (CFRP)

Павышэнне прадукцыйнасці: для робатаў высокага класа (напрыклад, робатаў-гуманоідаў і медыцынскіх робатаў) патрабуецца яшчэ большае палегчэнне, што робіць армаваны вугляродным валакном палімер (CFRP) жыццяздольным варыянтам. CFRP мае толькі палову шчыльнасці алюмініевага сплаву, але ў пяць разоў большую трываласць, што дазваляе стварыць «лёгкую, але трывалую» канструкцыю абалонкі.

Пластыкавы ліст AHD, армаваны вугляродным валакном

3. Палепшаная абарона: PPS (поліфеніленсульфід).

Дастасавальныя сцэнарыі: для робатаў, якія працуюць у цяжкіх умовах (напрыклад, хімічных і падводных робатаў), знешняя абалонка павінна быць устойлівай да карозіі і высокай тэмпературы. Можна выбраць PPS (поліфеніленсульфід). PPS мае лепшую ўстойлівасць да хімічнай карозіі (устойлівасць да кіслот, шчолачаў і арганічных растваральнікаў), чым нержавеючая сталь, і яго працяглая працоўная тэмпература складае прыблізна 200 ℃, што робіць яго прыдатным для вытворчасці ахоўных абалонак (напрыклад, абалонак рук хімічных робатаў).

Ліст з поліфеніленсульфіду AHD

III. Сістэма трансмісіі: "Ядро перадачы магутнасці" - нізкае трэнне, высокая калянасць і ўстойлівасць да стомленасці

Сістэма трансмісіі - гэта "звяно сілы" робата, якое патрабуе эфектыўнай перадачы энергіі (нізкае трэнне), высокай калянасці (каб пазбегнуць дэфармацыі) і ўстойлівасці да стомленасці (для доўгатэрміновай стабільнай працы). Асноўныя патрабаванні: нізкі каэфіцыент трэння, высокая калянасць і ўстойлівасць да стомленасці.

1. Пераважны матэрыял: PEEK (поліэфірэтэркетон)

Адпаведнасць прадукцыйнасці: нізкі каэфіцыент трэння (0,15-0,25) і высокая калянасць (модуль ≈ 3,6 ГПа) робяць PEEK "ідэальным матэрыялам" для сістэм перадачы. Напрыклад, перадачы PEEK маюць на 50% меншыя страты на трэнне, чым металічныя перадачы, а таксама валодаюць устойлівасцю да стомленасці, што робіць іх прыдатнымі для вытворчасці дакладных кампанентаў перадач.

Пластыкавы стрыжань AHD PEEK

2. Дадатковы матэрыял: POM (полиоксиметилен)

Дастасавальныя сцэнарыі: для сістэм перадачы з нізкай нагрузкай (напрыклад, сумесныя перадачы ў калабарацыйных робатах) можна выбраць POM (полиоксиметилен). Нізкі каэфіцыент трэння (0,1-0,2) і высокая калянасць (трываласць трываласці на разрыў ≈ 60 МПа) робяць POM прыдатным для вытворчасці шасцярняў, падшыпнікаў і іншых кампанентаў усяго за 1/5 кошту PEEK, што робіць яго прыдатным для масавай вытворчасці.

Полиоксиметиленовый ліст AHD

3. Элітны варыянт: цыклаідны рэдуктар PEEK

Павышэнне прадукцыйнасці: для сістэм перадачы з высокай нагрузкай (напрыклад, тазасцегнавыя суставы прамысловых робатаў) можна выкарыстоўваць цыклоідныя рэдуктары PEEK. Цыклаідныя рэдуктары PEEK спалучаюць у сабе высокую дакладнасць цыклоіднай перадачы з лёгкім характарам PEEK, а таксама валодаюць высокай калянасцю, што робіць іх прыдатнымі для вытворчасці кампанентаў трансмісіі з высокімі нагрузкамі і моцнымі ўдарамі (напрыклад, рэдуктары для тазасцегнавых і каленных суставаў).

Поліэфірэтэркетонны стрыжань

V. Будучыя тэндэнцыі: «Інтэграцыя» матэрыялаў і інтэлекту

З развіццём індустрыі робататэхнікі інтэлектуальныя матэрыялы стануць асноўным напрамкам будучыні:

Матэрыялы, якія самааднаўляюцца: напрыклад, кампазіты на аснове паліурэтана, якія могуць аўтаматычна запаўняць драпіны і павялічваць тэрмін службы робата;

Праводзячыя матэрыялы: напрыклад, напоўнены вугляроднымі нанатрубкамі PA, які можа ўбудоўваць датчыкі для дасягнення тактыльнай зваротнай сувязі "на ўзроўні скуры";

Матэрыялы на біялагічнай аснове: такія як PEEK на біялагічнай аснове, які зніжае выкіды вуглякіслага газу.

Падбор матэрыялаў для розных частак робата павінен грунтавацца на функцыянальных патрабаваннях з улікам эксплуатацыйных характарыстык матэрыялаў і выдаткаў на камерцыялізацыю для дасягнення аптымальнага балансу "прадукцыйнасць-вага-кошт". У будучыні, з развіццём разумных матэрыялаў і тэхналогіі 3D-друку, матэрыялы для робатаў стануць лягчэйшымі, разумнейшымі і больш экалагічна чыстымі, што закладзе аснову для камерцыялізацыі і папулярызацыі робатаў.

Маляўнічая трубка з вугляроднага валакна

Розныя часткі робата: які пластык больш за ўсё падыходзіць?