Framlag þrívíddarprentunar í vélmennaforritum

Metal 3D prentun (SLM) tækni, með samþættri mótun og fínstillingu svæðisfræði, hefur orðið kjarna framleiðsluaðferð til að ná mikilli léttþyngd og mikilli afköstum í manngerðum vélmennum. Þetta dregur ekki aðeins verulega úr orkunni sem neytt er meðan á hreyfingu stendur heldur bætir það einnig verulega kraftmikinn viðbragðshraða og burðargetu vélmenna.-

Í þróun manngerðra vélmenna er ein erfiðasta áskorunin fyrir helstu tæknifyrirtæki að gefa gervigreind líkama sem er bæði sterkur og léttur.

Hefðbundnar málmvinnsluaðferðir, eins og steypa eða CNC vinnsla, eru oft takmörkuð af verkfæraleiðum og moldarrúmfræði, sem gerir það erfitt að framleiða flóknar innri holar byggingar eða líffræðilega-innblásna beinagrind. Niðurstaðan eru fyrirferðarmiklir íhlutir sem leggja aukaálag á mótora. Tilkoma Selective Laser Melting (SLM) tækni hefur rofið þessa stöðvun. Þessi tækni notar há-orku- leysigeisla, undir vörn gegn óvirku gasi, til að bræða og storkna málmduft eins og títan og álblöndu lag fyrir lag - beint "vaxa" hið for-hönnuðu þrívíða fasta efni. Uppbyggingin er gerð þétt á svæðum sem bera mikið álag og grindurnar-eins og eða holaðar-á svæðum sem bera létt álag, sem nær hámarksþyngdarminnkun á meðan styrkur er tryggður.

Beiting SLM-tækni í framleiðslu á manngerðum vélmennum endurspeglast hvað skýrast í burðarvirkjum-kjarna og liðum. Humanoid vélmenni þurfa oft að ganga, bera byrðar og framkvæma aðrar hreyfingar og fótleggir og handleggir þeirra bera gríðarlegt tog.

Til að draga úr eigin-þyngd hafa vísindamenn notað SLM tækni ásamt staðfræði fínstillingar reikniritum til að hanna alveg nýja tegund af samtengingum. Frekar en solid málmblokk, tekur þessi hluti á sig formi flókins möskvabyggingar sem líkist líffræðilegu æðabeini.

Tökum Tesla Optimus Gen2 sem dæmi - stuðningsbygging hnéliða er úr 3D-prentuðu títanáli. Þetta ferli minnkaði ekki aðeins þyngd íhlutans um 42% heldur bætti höggþol hans verulega. Beinn arður þessarar léttu þyngdar er hraðari hreyfing vélmenna og lengri endingartími rafhlöðunnar.

Nýja-kynslóð IRON vélmenni XPeng fylgir svipaðri nálgun. Beinagrind uppbygging þess notar þrívíddar-prentaða lausn sem sameinar samfellda trefjar eða nylon-12 með málmi, sem nær til lífrænnar hönnunar með holum innréttingum og styrkjandi rifjum. Hann er 40% léttari en hefðbundnir málmíhlutir, en er samt fær um að gleypa orku með aflögun burðarvirkisins við fall, sem verndar dýra innri mótora gegn skemmdum.

Fyrir utan þyngdarminnkun leysir SLM tæknin einnig nákvæmni framleiðslu áskorunarinnar sem felst í „handaaugn-samhæfingu vélmenna.

Endeffektor mannkyns vélmenna (þ.e. vélfærahönd þess) krefst afar mikillar handlagni og skynjunargetu og þarf venjulega að samþætta mótora, gírskiptingar, skynjara og aðra íhluti í mjög þröngu rými.

Hefðbundin framleiðsla krefst þess að setja saman marga aðskilda hluta, sem ekki aðeins kynnir stórar samsetningarvillur heldur er einnig hætt við að losna með tímanum. Með SLM tækni er hægt að samþætta eiginleika eins og legusæti, vírrásir og hitadreifingarrist beint í einn prentaðan íhlut, sem gerir samþætta "samskeyti-í-stilla" framleiðslu. Þessi samþætta mótun útilokar samsetningarbil og bætir verulega nákvæmni hreyfingar. Til dæmis, fyrir nákvæmnisíhluti eins og sex-ás kraftskynjara, getur SLM prentað þá beint - sem leiðir ekki aðeins til minni stærðar heldur einnig mælisviðs sem er bætt um 50% til 250%, með lægri kostnaði en hefðbundin lotu CNC vinnsla. Þessi mikla-framleiðslugeta gerir manngerðum vélmennum kleift að framkvæma viðkvæm verkefni eins og að þræða nál eða taka upp egg.

Hvað varðar efnisfjölbreytileika, færir SLM tæknin einnig manngerða vélmenni blöndu af stífni og sveigjanleika.

Þó að SLM vinnur fyrst og fremst úr málmum, hefur undirliggjandi hönnunarheimspeki þess teygt sig inn á sviði sértækniplasts og samsettra efna. Til dæmis líkir marglaga honeycomb samsetta efnið sem er þróað af Boli Technology eftir dempunarbúnaði vöðvavefs manna og hefur verið borið á olnboga- og hnépúðalögin á mynd 02.

Þetta efni er þrívíddarprentað í hunangsseimu-eins og gljúpa uppbyggingu með þéttleika sem er aðeins 40% af álblöndu, en samt þolir það höggorku og þolir meira en 1 milljón beygjulotu.

Á sama tíma er -afkastamikið verkfræðilegt plastefni eins og PEEK (pólýeter eter ketón) einnig notað til að prenta mænustoðkerfi og gír vélmenna. Í samanburði við málm hefur PEEK afar lágan þéttleika og sjálf-smyrandi eiginleika. Optimus Gen2 frá Tesla notaði það til að skipta um álblöndu og náði heildarþyngdarminnkun um 10 kíló og jók hreyfihraða um 30% fyrir vikið.

Til að bera saman áhrif SLM tækninnar á mismunandi vélmennaíhluti á auðveldari hátt sýnir taflan hér að neðan frammistöðustökkin sem hún skilar:

SLM tækni hefur einnig hraðað verulega endurtekningarferli rannsókna og þróunar fyrir manngerða vélmenni.

Að þróa manneskjulegt vélmenni er ferli stöðugrar reynslu og villu - hönnunarteikning sem klárað er í dag gæti þurft að endurskoða á morgun. Með hefðbundinni móta-framleiðslu er móta-framleiðslan löng og kostnaðarsöm og þegar hönnun breytist verður moldið rusl.

SLM tækni krefst alls engrar mótunar - þegar hönnunarskrá hefur verið hlaðið upp er hægt að prenta fulla frumgerð eða sýnishorn af kjarnahluta innan 1 til 3 daga. Þetta framleiðslulíkan „það sem þú hannar er það sem þú færð“ gerir rannsóknar- og þróunarteymi kleift að prenta hluta yfir nótt og hefja raunverulegar-vélaprófanir strax næsta morgun. Í þróun XPengs IRON vélmenni var þessi hraða frumgerðageta notuð til að þjappa endurtekningarlotunni úr „vikum“ í „daga“ og hjálpaði fyrirtækinu að grípa snemma forskot á harðvítugum samkeppnismarkaði.

Þar sem kostnaður við innlenda framleitt málmduft heldur áfram að lækka, minnkar hindrunin fyrir markaðssetningu SLM tækni einnig. Árið 2025 lækkaði verð á innlendu framleiddu títandufti um allt að 50%, sem gerir stór-notkun á þrívíddar-prentuðum málmíhlutum mögulega. Það er sanngjarnt að spá því að verð muni halda áfram að stefna í átt að hagnýtu gólfinu á næstu fimm árum.

Í dag er þrívíddarprentunartækni úr málmi ekki aðeins beitt í -manngerð vélmenni í iðnaði, heldur hefur hún einnig breiðst út í rafeindatækni fyrir neytendur -, þar á meðal títan álfelgur Apple Watch og lamir fyrir samanbrjótanlega snjallsíma - sem sýnir þroska þess fyrir nákvæma framleiðslu í stórum-skala.