Jak wydrukować 3D robota napędzanego hydraulicznie?

Płyn jest ważnym, choć niedocenianym elementem nowoczesnej robotyki. Jego główną rolą jest generowanie, kontrolowanie i przesyłanie mocy przez złożone urządzenia — nauka inżynierska znana jako hydraulika.

Jednym z problemów związanych z komponentami hydraulicznymi jest to, że rurociągi ciśnieniowe wymagane do tego, aby wszystko działało, są często traktowane jako system mniej lub bardziej niezależny od reszty urządzenia.

Ma to ważne konsekwencje dla sposobu projektowania i budowy robotów. Hydraulika znacznie zwiększa złożoność i czas wymagany do budowy, obsługi i konserwacji robotów.

Dziś wygląda na to, że zmieni się to dzięki pracy Roberta MacCurdy i kumpli z MIT. Ci faceci zmodyfikowali drukarkę 3D, aby była w stanie włączyć hydraulikę do dowolnego projektu.

Dzięki temu po raz pierwszy możliwe jest zaprojektowanie i zbudowanie maszyn hydraulicznych w jednym kroku. Mówią, że do tej pory nie było możliwości włączenia solidnych, wysokowydajnych elementów przenoszących siłę bezpośrednio do części wydrukowanej w 3D.

Podejście jest proste. Najbardziej zaawansowane drukarki 3D są w stanie drukować kilka materiałów jednocześnie. Jest to przydatne, ponieważ pozwala na łączenie materiałów o różnych właściwościach, takich jak elastyczność, kolor i tak dalej.

Te drukarki 3D działają poprzez tworzenie kształtów 3D po jednej warstwie na raz. Najpierw umieszczają kroplę płynnego atramentu na miejscu i natychmiast podpalają ją światłem ultrafioletowym, aby go utwardzić lub zestalić. Umieszczają obok tego kroplę i utwardzają ją i tak dalej, aby utworzyć pierwszą warstwę. Na to nakłada się kolejna warstwa.

Ideą MacCurdy i spółki jest traktowanie płynu hydraulicznego jak każdego innego materiału drukarki. Robią to, zamieniając zbiornik utwardzalnego atramentu do drukarki na zbiornik płynu, którego nie można utwardzić światłem UV i który pozostaje płynny. Jeśli chodzi o projektowanie, traktują ciecz dokładnie tak samo, jak inne materiały.

Korzyści są wielorakie. Takie podejście umożliwia natychmiastowe tworzenie obiektów zawierających złożone obwody wypełnione płynem. Ponieważ te obwody są zamknięte, przyłożenie ciśnienia na jednym końcu obwodu przenosi siłę wzdłuż niego.

A elastyczność nowoczesnych materiałów drukarskich umożliwia również zamianę tej zmiany nacisku na ruch mechaniczny i odwrotnie.

MacCurdy i spółka sprawdzili tę technikę, drukując szereg urządzeń hydraulicznych. Na przykład drukują pompę zębatą – zasadniczo parę splecionych kół zębatych w rurce, które obracając się, przemieszczają płyn uwięziony między zębami. To pompuje płyn w jednym kierunku, ale zapobiega jego cofaniu się, ponieważ zęby są ściśle do siebie dopasowane.

Wydrukowali również siłownik mieszkowy do przenoszenia siły przez ciecz. Na koniec wydrukowali zestaw uruchamianych płynem chwytaków wykonanych z miękkiej gumy silikonowej, która jest w stanie chwytać delikatne przedmioty, takie jak jajka.

Użytecznie MacCurdy i współpracownicy przedstawiają to, czego się nauczyli, aby zapewnić coś w rodzaju poradnika „zrób to sam” dla każdego, kto myśli o wypróbowaniu tych samych sztuczek (chociaż będą potrzebować tego samego rodzaju wysokiej klasy drukarki — Stratasys Objet260 Connex, w tym przypadku).

To imponująca praca, która znacząco rozszerza możliwości technik druku 3D. Takie podejście umożliwia automatyczne wytwarzanie złożonych, funkcjonalnych, wieloczęściowych zespołów robotycznych wykorzystujących hydrauliczne przeniesienie siły, mówią McCurdy i spółka.

Nie możemy się doczekać, aby zobaczyć, co wymyślą.

Nr ref.: http://arxiv.org/abs/1512.03744 : Hydraulika do druku: metoda wytwarzania robotów przez drukowanie 3D ciał stałych i cieczy

ukryć