Von weich zu steif: Wie Polymer-3D-Druck die Massenproduktion von "humanoiden Robotern" ermöglicht?

Am 3. Juli endete das 2. Forum zur Lieferkette der humanoiden Roboterindustrie erfolgreich in Shenzhen.

Auf dem Forum hielt Shi Daokun, General Manager von Zhongke Sanwei (Marke "iSUN3D"), eine Keynote-Rede mit dem Titel "Von weich zu steif, von der Verifizierung zur Anwendung: Polymer-3D-Drucklösungen ermöglichen die kontinuierliche Entwicklung der Roboterindustrie".

I. Warum 3D-Druck zu einer "Pflichtoption" geworden ist

Die Branche der humanoiden Roboter boomt weiterhin. Die Kombination von Polymermaterialien und 3D-Drucktechnologie verbessert nicht nur die Effizienz vom Design bis zur Produktion, sondern verleiht Robotern auch direkt Schlüsseleigenschaften wie "leicht, leistungsstark, intelligent und menschenähnlich".

Konkret bietet die Anwendung des Polymer-3D-Drucks die folgenden vier Hauptvorteile:

Umfassende Materialien: Deckt den umfassenden Bedarf von starren Skeletten bis zu flexibler Haut ab.

Hohe strukturelle Freiheit: Realisiert problemlos komplexe bionische Strukturen.

Schnelle Iterationsgeschwindigkeit: Keine Notwendigkeit für Formenbau, jederzeitige Änderung und Verifizierung.

Kostenreduzierung: Reduziert erheblich die Kosten für Versuch und Irrtum sowie die frühe Massenproduktion.

II. Anwendungserkundung des 3D-Drucks im Bereich humanoider Roboter

Derzeit werden gängige Polymer-3D-Drucktechnologien wie FDM, Lichtaushärtung und SLS bereits weitgehend in Forschung, Entwicklung und Produktion humanoider Roboter eingesetzt.

1. FDM-Technologie – wirtschaftlich und effizient

Vorteile und Eigenschaften: Niedrige Einstiegshürde für Geräte und Materialien, enorme Kostenvorteile in der Gesamtheit, reichhaltige und vollständige Materialkategorien. Herkömmliche PLA- und ABS-Materialien, TPU- und PEBA-Serien flexibler Materialien, PA, PA-CF, flammhemmende, antistatische und andere technische Materialien sowie PEEK und andere Spezialmaterialien können alle in der Roboterherstellung eingesetzt werden.

Hauptanwendungen: Roboterabdeckungen, tragende Strukturteile, Getriebegehäuse und künstliche Muskeln.

2. Lichtaushärtungstechnologie – hohe Präzision und hohe Leistung

Vorteile und Eigenschaften: Hervorragende Formgenauigkeit und herausragende Oberflächenqualität; reichhaltige Harzmaterial-Systeme mit großem Spielraum für Modifikation und Regulierung.

Hauptanwendungen: Weiche Aktuatoren, hochpräzise Endeffektoren, bionische Haut und Muskel-Skelett-Systeme.

Elastisches Harz + bionisches Gitterdesign

Durch die Kombination von elastischem Harz und bionischem Gitterdesign kann die Lichtaushärtungstechnologie komplexe Komponenten, die Weichheit und Härte vereinen, in einem Stück drucken. Beispielsweise kann sie bei der Herstellung bionischer Hände und Füße nicht nur das eingebaute hochpräzise poröse Skelett drucken, sondern auch durch die äußere Gitterstruktur eine abgestufte Steifigkeit erreichen, wodurch die Mechanik sowohl eine hohe Tragfähigkeit als auch eine menschenähnliche weiche Haptik erhält.

Handflächenbereich: Um die Hautgefühls-Eigenschaften zu erfüllen, werden feinere Gitter gesetzt, um die Weichheit zu erhöhen; und gemäß der Designidee von Handballen-Pads werden unterteilte Gitter eingerichtet, um die Anforderungen von Szenarien wie "Heben, Drücken, Pressen und Quetschen" zu erfüllen.

Innere Armbeuge: Sie ist normalerweise hauptsächlich Druck ausgesetzt und muss häufig gefaltet und gequetscht werden. Daher kann das X-Gitter mit geringerer Festigkeit gewählt werden, um die Armflexibilität zu erhöhen und gleichzeitig die Dehnbarkeit der Verformung von Oberarm und Unterarm zu erhöhen.

Oberarm- und Unterarmbereiche: Oberarm und Unterarm tragen den größten Teil der Kraft beim Heben der Hand, Heben von Gegenständen, Abstützen usw. und erfordern eine höhere Festigkeit. Ein extrem hochfestes Gitterdesign wird verwendet, um hohe Elastizität und hohe Zugfestigkeit zu bieten.

3. SLS-Technologie – stützfrei, leicht und hochfest

Vorteile und Eigenschaften: Verlässt sich auf das Pulverbett zur Selbststützung, geeignet für die integrale Formgebung komplexer räumlicher Strukturen; verwendet industrielle Pulver wie Nylon PA12 und PEBA mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Verschleißfestigkeit.

Hauptanwendungen: Präzisionsübertragungsstrukturen, komplexe Gelenkkomponenten und Kugelgelenke.

III. Von weich zu steif – eSUN 3D-Druckmaterial-Vollmatrix-Lösungen

Um die Nachfragelücke nach leistungsstarken komplexen Materialien in der Roboterindustrie zu schließen, hat eSUN dank seiner leistungsstarken Polymer-Materialforschungs- und -entwicklungsplattform eine Komplettlösung aus "Materialien + Ausrüstung + Prozessen + Design + Fertigungsdienstleistungen" geschaffen.

1. Lichtaushärtungsharzlösungen: Traditionen brechen, Festigkeit und Zähigkeit vereinen

Der Härtebereich der eSUN-Lichtaushärtungsharzprodukte umfasst das Intervall von 55A bis 85D, und die Kategorien umfassen flexibel und elastisch, waschbar, allgemein starr, hochhart und hochzäh usw.

Hochhartes und hochzähes Harz: Durchbricht das Hindernis, dass herkömmliche Harze nicht gleichzeitig Festigkeit und Zähigkeit bieten können, es ist klopffest und schlagfest und wurde in der industriellen Fertigung in großem Maßstab eingesetzt.

FlexOne-Serie einkomponentiges elastisches Harz: Kein Mischen erforderlich, sofort nach dem Öffnen gebrauchsfertig und nicht durch die Topfzeit begrenzt. Unter ihnen hat FlexOne 55A elastisches Harz eine extrem hohe Bruchdehnung, hohe Rückstellfähigkeit und ausgezeichnete Biegefestigkeit. Außerdem hat es Hautsensibilisierungs- und Hautreizungstests bestanden und passt perfekt zu Anwendungsszenarien wie Muskeln und Gelenken humanoider Roboter.

2. FDM-3D-Drucklösungen: Von ultra-flexibel bis speziell technisch

eSUN bietet eine vollständige Serie von FDM-Filamenten an, die allgemeine, verstärkte, ultra-zähe, leichte, antistatische, flammhemmende usw. abdecken:

Hochleistungs-Engineering-Filamente: Wie kohlefaser-verstärktes PA/ABS/PLA, industrielles PEEK usw., mit Eigenschaften wie hoher Festigkeit, hoher Steifigkeit, Hitzebeständigkeit und Schlagfestigkeit, perfekt geeignet für Roboter-Bionik-Arme, Getriebezahnräder, tragende Skelette usw.

Flexible Filamente (PEBA, TPU usw.): Erfüllen die Anforderungen von weichen Roboter-Aktuatoren.

*eSUN FDM-Materialien wurden erfolgreich bei der Konstruktion und Anwendung von in- und ausländischen Wettbewerbsrobotern, Mondfahrzeugen und Roboterhunden eingesetzt.

3. Full-Service-Prozesse: iSUN3D Flexible und Elastische Fertigungslösungen

Ultra-großformatige Hochgeschwindigkeits-Lichthärtungsgeräte: Bereitstellung eines 576324mm Ultra-großformatigen DLP-Druckers mit einer maximalen Druckhöhe von bis zu 650mm, der in nur 10 Stunden den integralen Druck eines Roboter-Torsos abschließen kann!

Gitterdesign-Plattform:

1. Eine Vielzahl von Gittern ist optional und einstellbar, was die Designs reicher macht;

2. Automatisierte Füllung, schnelle Analyse der Modellstruktur und Erzeugung von Gitterdateien mit einem Klick;

3. Strukturelle Spannungs-/Verteilungsanalyse, die eine diskontinuierliche Verbindungslinie/-flächenfüllung und schnelle Defektreparatur ermöglicht;

4. Import von Erscheinungsbilddaten, mit schneller Füllung von gezielten Gittern in verschiedenen Spannungsbereichen.

Von weich bis starr, eSUN ist bestrebt, die industrielle Anwendung und Entwicklung der 3D-Drucktechnologie durch Materialforschungs- und Entwicklungsinnovationen zu fördern. Wir freuen uns auf eine vertiefte Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen, Ausrüstungs- und Softwareanbietern sowie Universitäten und Forschungsinstituten, um gemeinsam eine 3D-Druck-Anwendungsökologie für humanoide Roboter aufzubauen und die schnelle und gesunde Entwicklung der Branche zu fördern.