Von weich zu starr: Wie der 3D-Polymerdruck die Massenproduktion von „humanoiden Robotern“ ermöglicht?

Am 3. Juli wurde das 2. Forum der Industriekette für humanoide Roboter in Shenzhen erfolgreich abgeschlossen.

Auf dem Forum hielt Shi Daokun, Geschäftsführer von Zhongke Sanwei (Marke „iSUN3D“), eine Keynote-Rede mit dem Titel „Von weich zu starr, von der Verifizierung zur Anwendung: Polymer-3D-Drucklösungen fördern die kontinuierliche Entwicklung der Roboterindustrie“.

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

Die humanoide Roboterindustrie boomt weiterhin. Die Kombination von Polymermaterialien und 3D-Drucktechnologie verbessert nicht nur die Effizienz vom Design bis zur Produktion, sondern verleiht Robotern auch direkt wichtige Eigenschaften wie „geringes Gewicht, hohe Leistungsfähigkeit, Intelligenz und Vermenschlichung“.

Die Anwendung des Polymer-3D-Drucks bietet insbesondere folgende vier wesentliche Vorteile:

Umfassende Materialien: Wir erfüllen alle Anforderungen, von starren Skeletten bis hin zu flexibler Haut.

Hohe strukturelle Freiheit: Komplexe bionische Strukturen lassen sich problemlos realisieren.

Hohe Iterationsgeschwindigkeit: Kein Öffnen, Modifizieren und Überprüfen der Form erforderlich.

Kostenreduzierung: Deutliche Senkung der Kosten für Versuch und Irrtum sowie für die frühe Massenproduktion.

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

Gegenwärtig werden gängige Polymer-3D-Drucktechnologien wie FDM, Lichthärtung und SLS in der Forschung, Entwicklung und Produktion von humanoiden Robotern breit eingesetzt.

1. FDM-Technologie – Wirtschaftlich und effizient

Vorteile und Eigenschaften: Geringe Anforderungen an Ausrüstung und Materialien, erhebliche Kostenvorteile, vielfältiges Materialsortiment. Konventionelle PLA- und ABS-Werkstoffe, flexible Materialien der Serien TPU und PEBA, PA, PA-CF, flammhemmende, antistatische und andere technische Werkstoffe sowie PEEK und weitere Spezialwerkstoffe eignen sich für die Roboterfertigung.

Hauptanwendungen: Roboterverkleidungen, tragende Strukturteile, Getriebe und künstliche Muskeln.

2. Lichthärtungstechnologie – Hohe Präzision und hohe Leistung

Vorteile und Eigenschaften: Ausgezeichnete Formgenauigkeit und hervorragende Oberflächenqualität; vielfältige Harzmaterialsysteme mit großem Spielraum für Modifikation und Anpassung.

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

Elastisches Harz + bionisches Gitterdesign

Durch die Kombination von elastischem Harz und bionischem Gitterdesign ermöglicht die Lichthärtungstechnologie das Drucken komplexer Bauteile, die Weichheit und Härte vereinen. Beispielsweise kann bei der Herstellung bionischer Hände und Füße nicht nur das integrierte, hochpräzise poröse Skelett gedruckt, sondern durch die externe Gitterstruktur auch eine abgestufte Steifigkeit erzielt werden. Dies verleiht den Implantaten sowohl eine hohe Belastbarkeit als auch eine menschenähnliche, weiche Haptik.

Handflächenbereich: Um ein angenehmes Hautgefühl zu erzielen, wurden feinere Gitterstrukturen eingesetzt, um die Weichheit zu erhöhen; außerdem wurden unterteilte Gitterstrukturen nach dem Designkonzept der Handflächenpolster entwickelt, um den Anforderungen von Szenarien wie „Anheben, Schieben, Drücken und Quetschen“ gerecht zu werden.

Innere Armgrube: Sie steht im Normalbetrieb unter Druck und muss häufig gefaltet und zusammengedrückt werden. Daher kann ein X-förmiges Gitter mit geringerer Festigkeit gewählt werden, um die Armflexibilität zu erhöhen und gleichzeitig die Dehnbarkeit der Verformung von Ober- und Unterarm zu verbessern.

Oberarm- und Unterarmbereich: Oberarm und Unterarm tragen beim Heben der Hand, beim Tragen von Gegenständen, beim Abstützen usw. den größten Teil der Kraft und erfordern daher eine hohe Belastbarkeit. Eine extrem hochfeste Gitterstruktur sorgt für hohe Elastizität und Zugfestigkeit.

3.SLS-Technologie – Stützfrei, leicht und hochfest

Vorteile und Eigenschaften: Die Konstruktion nutzt das Pulverbett zur Selbststützung und eignet sich für die integrale Formgebung komplexer räumlicher Strukturen; es werden Pulver in Industriequalität verwendet, wie z. B. Nylon PA12 und PEBA, die hervorragende mechanische Eigenschaften und Verschleißfestigkeit aufweisen.

Hauptanwendungen: Präzisionsgetriebe, komplexe Verbindungselemente und Kugelgelenke.

III. Von weich zu starr – eSUN 3D-Druckmaterial-Vollmatrixlösungen

Um die Nachfragelücke nach hochleistungsfähigen komplexen Werkstoffen in der Roboterindustrie zu schließen, hat eSUN, gestützt auf seine leistungsstarke Forschungs- und Entwicklungsplattform für Polymerwerkstoffe, eine Komplettlösung aus „Materialien + Ausrüstung + Prozesse + Design + Fertigungsdienstleistungen“ geschaffen.

1. Lichthärtende Harzlösungen: Neue Wege gehen, Festigkeit und Zähigkeit vereinen

Der Härtebereich der lichthärtenden Harzprodukte von eSUN deckt das Intervall von 55A bis 85D ab, und die Kategorien umfassen flexibel und elastisch, wasserabwaschbar, allgemein starr, hochhart und hochzäh usw.

Hochhartes und zähes Harz: Es überwindet den Engpass, dass herkömmliche Harze nicht sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit berücksichtigen können, ist gewindeschneidbar, schlagfest und wird in großem Umfang in der industriellen Fertigung eingesetzt.

Die einkomponentigen Elastomerharze der FlexOne-Serie sind sofort einsatzbereit, müssen nicht angemischt werden und sind nicht durch die Verarbeitungszeit begrenzt. Das Elastomerharz FlexOne 55A zeichnet sich durch eine extrem hohe Bruchdehnung, hohe Elastizität und ausgezeichnete Biegefestigkeit aus. Es wurde zudem auf Hautverträglichkeit und -reizung getestet und eignet sich daher ideal für Anwendungen wie die Herstellung von Muskeln und Gelenken humanoider Roboter.

2. FDM-3D-Drucklösungen: Von ultraflexibel bis speziell entwickelt

eSUN bietet eine vollständige Serie von FDM-Filamenten an, darunter Standard-, verstärkte, extrem robuste, leichte, antistatische, flammhemmende usw. Filamente:

Hochleistungsfähige technische Filamente: Dazu gehören beispielsweise kohlenstofffaserverstärktes PA/ABS/PLA, PEEK in Industriequalität usw., die Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Schlagfestigkeit aufweisen und sich perfekt für bionische Roboterarme, Getriebe, tragende Skelette usw. eignen.

Flexible Filamente (PEBA, TPU usw.): Erfüllen die Anforderungen an weiche Roboteraktoren.

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

3. Komplettservice: iSUN3D Flexible und elastische Fertigungslösungen

Hochgeschwindigkeits-Lichthärtungsgeräte im Ultragroßformat: Bereitstellung eines 576324 mm Ultra-Großformat-DLP-Drucker mit einer maximalen Druckhöhe von bis zu 650 mm, der den kompletten Druck eines Robotertorsos in nur 10 Stunden fertigstellen kann!

Plattform für Gitterdesign:

1. Verschiedene Gittermuster sind optional und anpassbar, wodurch die Gestaltungsmöglichkeiten vielfältiger werden.

2. Automatisiertes Füllen, schnelle Analyse der Modellstruktur und Generierung von Gitterdateien mit einem Klick;

3. Strukturelle Spannungs-/Verteilungsanalyse, die das Auffüllen von diskontinuierlichen Verbindungslinien/-flächen und die schnelle Reparatur von Defekten ermöglicht;

4. Import von Erscheinungsdaten mit schneller Füllung gezielter Gitter in verschiedenen Spannungsbereichen.

Von weichen bis hin zu starren Materialien – eSUN engagiert sich für die Förderung der industriellen Anwendung und Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie durch innovative Materialforschung und -entwicklung. Wir freuen uns auf die intensive Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen, Geräte- und Softwareanbietern sowie Universitäten und Forschungsinstituten, um gemeinsam ein Anwendungsökosystem für den 3D-Druck humanoider Roboter aufzubauen und die rasche und nachhaltige Entwicklung der Branche zu fördern.