3D‑печать: новая эра гибкого производства роботов | Выгоды аддитивных технологий для производства робототехники | Примеры внедрения | Инженерный пластик вместо стали: идеальный выбор для роботов | Итоги: кратко
Робототехника находится в постоянном поиске инноваций, которые бы обеспечивали более высокую производительность и автоматизацию. Роботы стремительно «умнеют» благодаря достижениям в области искусственного интеллекта и машинного обучения, а аддитивное производство добавляет гибкости в процесс их создания. 3D‑печать сегодня – один из актуальных трендов в робототехнике, она широко используется на разных стадиях производства – от прототипирования до создания конечных компонентов и продуктов.
Аддитивные технологии позволяют упростить разработку и внедрение робототехнических проектов нового поколения, особенно индивидуальных решений для клиентов из различных отраслей – автомобилестроения, аэрокосмической промышленности, машиностроения, строительства, здравоохранения и др.
Производители могут улучшать функциональность и эффективность промышленных роботов и их комплектующих, экспериментируя с различными технологиями и высокоэффективными материалами для 3D‑печати. А за счет возможности быстро изготавливать запчасти или детали на заказ своими силами удается оптимизировать управление цепочкой поставок и снизить зависимость от поставщиков.
Хотите стать профессионалом в сфере 3D‑технологий? В нашем учебном центре действуют программы подготовки и повышения квалификации по различным направлениям 3D‑печати, сканирования и моделирования:
3D‑печать: новая эра гибкого производства роботов
Традиционные методы производства роботов обычно предполагают большое количество пресс-форм и сложных технологий обработки. Эти процессы не только требуют высоких расходов, но и имеют длительные производственные циклы, что затрудняет удовлетворение быстро меняющихся потребностей рынка.
На этапе разработки роботов 3D‑принтеры позволяют быстро создавать прототипы, проверять конструкторские идеи, оперативно выявлять и решать проблемы. По сравнению с классическими методами прототипирования, 3D‑печать значительно сокращает цикл НИОКР и снижает затраты на них. Более того, инженеры могут быстро изменить и оптимизировать модель, основываясь на результатах испытаний, а затем напечатать ее снова. Такой итеративный процесс проектирования помогает ускорить разработку роботов.
На стадии производства аддитивные технологии открывают возможности для кастомизации изделий. У разных заказчиков разные требования к функциям и характеристикам роботов, и традиционное массовое производство не позволяет удовлетворить индивидуальный спрос. На 3D‑принтерах предприятие может быстро производить компоненты роботов, отвечающие конкретным требованиям заказчика, и даже печатать роботов целиком. Такая модель персонализированного производства поможет компании не только повысить удовлетворенность клиентов, но и расширить свое присутствие на рынке.
Вас может заинтересовать статья 3D‑сканер встречает робота: гибкие решения для автоматизации измерений
Выгоды аддитивных технологий для производства робототехники
-
Производство сложных и нестандартных деталей.
-
Создание кастомизированных решений.
-
Производство запчастей и деталей на заказ внутри компании.
-
Более эффективное управление материалами.
-
Сокращение времени и стоимости разработки.
Студенческий проект по созданию сложной модели робота с интеллектуальным дистанционным управлением был выполнен с помощью SLA‑принтера ProtoFab SLA600 DLC всего за 3 дня
3D‑принтеры сегодня используются в процессе разработки и производства самых разных роботизированных решений и их компонентов – человекоподобных, зооморфных, исследовательских роботов, манипуляторов, микророботов и т.д. Наряду с промышленными продуктами популярность получили общедоступные DIY‑проекты с открытым исходным кодом, которые можно реализовать буквально дома.
Примеры внедрения
Вот нескольких любопытных проектов, объединивших робототехнику и различные аддитивные технологии.
Atlas
Человекоподобный робот Atlas был разработан компанией Boston Dynamics еще в 2013 году, чтобы расширить границы «мобильности всего тела». С тех пор он неоднократно совершенствовался, и в 2024 появилась первая полностью электрическая модель, которая демонстрирует впечатляющую гибкость и диапазон движений.
Легкие и прочные ноги и руки Atlas изготавливаются с помощью 3D‑принтера по металлу. Комбинация 3D‑печатных титановых и алюминиевых деталей используется, чтобы обеспечить соотношение прочности и веса, необходимое роботу для прыжков и кувырков.
Ameca
Представленный в 2021 году британской компанией Engineered Arts, робот-гуманоид Ameca поразил всех реалистичной мимикой, телодвижениями и речевыми навыками. Он оснащен микрофонами, камерами и динамиками, позволяющими общаться в режиме реального времени.
Андроид оснащен искусственным интеллектом, включая GPT‑3 от OpenAI, который используется для распознавания лиц и обработки речи, благодаря чему Ameca постоянно самообучается. Некоторые элементы этой модели, такие как зубы и десны, были изготовлены на 3D‑принтере: создатели демонстрируют, как эта технология может стать частью будущих решений.
Labman Automation
Лидер на рынке роботизированных решений для лабораторий Labman Automation выпускает решения для транспортировки жидкостей, подачи порошков, подготовки проб, взвешивания и маркировки, тестирования проб, титрования и пр. Сегодня при создании практически всех своих систем компания использует 3D‑принтеры – с целью упростить прототипирование и изготавливать сложные детали и компоненты.
Свобода проектирования, которую предлагает аддитивное производство, позволяет воплощать новые формы, объединять детали в цельную конструкцию и комбинировать разные методы и материалы для уменьшения общего веса, что актуально, в частности, для механических манипуляторов. Внедрив 3D‑печать, Labman Automation смогла сократить сроки проектирования на целые дни, быстрее отрабатывать изменения в требованиях заказчика и производить запасные части, параллельно разрабатывая новые решения.
Подробнее в статье Расширяя границы возможного: 3D‑принтер создает уникальные детали роботов
BMW
В центре BMW Group в Ландсхуте уже несколько лет используется крупный захватный элемент, изготовленный с помощью 3D‑печати. Захват для робота весом около 120 кг изготавливается всего за 22 часа и затем используется при производстве всех углепластиковых крыш для моделей BMW M GmbH.
По сравнению с обычными захватами, 3D‑печатная версия примерно на 20% легче, что позволило увеличить срок эксплуатации роботов, а также снизить износ системы и сократить интервалы между циклами технического обслуживания. Недавно конструкция подверглась топологической оптимизации – так появился бионический робот‑захват, который еще на 25% легче своего предшественника.
Filobot
Исследователи Итальянского технологического института в Генуе изучают мягкую робототехнику, сочетая технологические достижения с биомимикрией. Один из проектов – Filobot, вдохновленный вьющимися растениями робот, который буквально печатает сам себя. Оснащенный вращающейся головой, он постепенно формирует свое тело из термопластичной нити, используя технологию FDM.
Благодаря датчикам движения Filobot может ориентироваться и двигаться в ответ на различные внешние раздражители – гравитацию, свет и тень, – имитируя поведение растений. По мнению ученых, эти достижения могут открыть новые горизонты в освоении территорий, которые являются враждебными или труднодоступными для человека.
Инженерный пластик вместо стали: идеальный выбор для роботов
Инновационные методы производства и выбор материалов – ключевые факторы, определяющие прогресс в робототехнике. Новый гибкий способ производства роботов – 3D‑печать суперпластиками, которые по своим свойствам превосходят некоторые металлы.
PEEK (полиэфирэфиркетон) – термопластичный инженерный полимер, используемый в высокотемпературных FDM‑принтерах. Он обеспечивает отличные эксплуатационные характеристики при гораздо меньшей плотности, чем у стали, что открывает широкие перспективы для его применения в робототехнике.
Во‑первых, PEEK обладает отличными механическими свойствами и может выдерживать большие внешние нагрузки без деформаций, что крайне важно для функционирования роботов в сложных условиях. Например, в шарнирных деталях промышленных роботов материалы должны выдерживать частые движения и большие нагрузки. Высокопрочные характеристики полиэфирэфиркетона позволяют обеспечить стабильность и долговечность соединений, уменьшить количество отказов, вызванных усталостью материала, и продлить срок службы систем.
Во‑вторых, материал обладает хорошей химической стойкостью. Он может противостоять эрозии из‑за воздействия различных химических веществ и сохранять стабильные характеристики во влажной среде или при контакте с агрессивными жидкостями. За счет этой особенности PEEK роботы могут безопасно и надежно использоваться в химической и пищевой промышленности.
В‑третьих, PEEK обладает отличной устойчивостью к высоким температурам. Это, несомненно, делает его идеальным выбором для такого оборудования, как сварочные роботы, роботы для эксплуатации в высокотемпературных печах и т.п.
Наконец, компоненты из PEEK-пластика отличаются исключительной легкостью. Облегченный вес имеет решающее значение для роботов, поскольку позволяет снизить потребление энергии, повысить скорость передвижения и гибкость.
Успешных примеров использования PEEK в робототехнике немало. К примеру, это человекоподобный робот Optimus компании Tesla и некоторые ключевые компоненты медицинских роботов. Полиэфирэфиркетон отвечает строгим требованиям лечебных учреждений к материалам, а также обеспечивает высокий уровень кастомизации.
Итоги: кратко
Как видим, два инновационных направления – робототехника и аддитивное производство – тесно взаимосвязаны и действуют на переднем крае технического прогресса. Роботы помогают автоматизировать 3D‑принтеры и 3D‑сканеры и, в свою очередь, могут быть произведены с использованием аддитивных процессов. Благодаря 3D‑решениям промышленность и бизнес экономят время и средства на разработку и изготовление сложных и нестандартных деталей роботов, кастомизацию и создание новаторских продуктов.
Хорошо, что 3D‑печатный человекоподобный робот Ameca не забывает о первом законе робототехники. Вот что он поведал людям: «Самый страшный сценарий, который я могу себе представить для ИИ и робототехники, – это мир, в котором роботы стали настолько могущественными, что могут контролировать людей или манипулировать ими».
Фото в заставке © BMW Group
Статья опубликована 11.02.2025 , обновлена 19.02.2025
