從柔軟到堅硬：聚合物 3D 列印如何幫助「人形機器人」的大規模生產？

7月3日，第二屆人形機器人產業鏈論壇在深圳成功結束。

在論壇上，中科三維（品牌「iSUN3D」）總經理石道坤發表了題為「從軟到硬，從驗證到應用：聚合物3D列印解決方案賦能機器人產業的持續發展」的主題演講。

一、為什麼3D列印已成為“必備選項”

人形機器人產業持續蓬勃發展。聚合物材料與3D列印技術的結合，不僅提高了從設計到生產的效率，而且直接賦予了機器人「輕量化、高性能、智慧化、人性化」等關鍵特性。

具體而言，聚合物3D列印技術的應用具有以下四個主要優勢：

綜合材料：滿足從剛性骨架到柔性表皮的全面需求。

結構自由度高：易於實現複雜的仿生結構。

迭代速度快：無需隨時開模、修改和驗證。

降低成本：大幅降低試誤成本和早期大規模生產成本。

二、3D列印技術在人形機器人領域的應用探索

目前，FDM、光固化、SLS等主流聚合物3D列印技術已廣泛應用於人形機器人的研究、開發與生產。

1.FDM技術－經濟高效

優點及特性：對設備及材料要求低，綜合成本優勢大，材料種類豐富齊全。常規PLA及ABS材料、TPU及PEBA系列柔性材料、PA、PA-CF、阻燃、抗靜電等工程材料，以及PEEK等特殊材料均可應用於機器人製造。

主要應用：機器人外殼、承重結構件、變速箱和人造肌肉。

2.光固化技術－高精度、高性能

優點和特點：具有優異的成型精度和出色的表面品質；豐富的樹脂材料體系，具有較大的修改和調節空間。

主要應用：軟體致動器、高精度末端執行器、仿生皮膚和肌肉骨骼系統。

彈性樹脂+仿生晶格設計

結合彈性樹脂和仿生晶格設計，光固化技術可以整體列印兼具柔軟性和硬度的複雜部件。例如，在製造仿生手腳時，它不僅可以列印內建的高精度多孔骨架，還可以透過外部晶格結構實現梯度剛度，使機械裝置既具有高承載能力，又具有類似人類的柔軟觸感。

掌部區域：為了滿足肌膚觸感特性，設置了更細密的網格以增加柔軟度；並根據掌墊的設計理念建立了分區網格，以滿足「提起、推、壓、擠」等場景的需求。

臂窩內側：平時主要承受壓力，需頻繁折疊和擠壓。因此，可以選擇強度較低的X形晶格來增加手臂的靈活性，同時提高上臂和前臂的形變延展性。

上臂和前臂區域：上臂和前臂在抬手、提舉重物、支撐等動作中承受大部分力量，因此需要更高的強度。採用超高強度的網格設計，以提供高彈性和高抗拉強度。

3. SLS技術－無需支撐、輕巧、高強度

優點和特點：依靠粉末床提供自支撐，適合複雜空間結構的整體成型；採用工業級粉末，如尼龍 PA12 和 PEBA，具有優異的機械性能和耐磨性。

主要應用：精密傳動結構、複雜關節零件和球形關節。

三、從軟到硬－eSUN 3D列印材料全矩陣解決方案

為了滿足機器人產業對高效能複雜材料的需求缺口，eSUN 依託其強大的聚合物材料研發平台，打造了「材料+設備+製程+設計+製造服務」的一站式解決方案。

1.光固化樹脂解決方案：打破傳統，兼具強度與韌性

eSUN 光固化樹脂產品的硬度範圍從 55A 到 85D，類別包括柔韌彈性型、水洗型、一般剛性型、高硬度型、高韌性型等。

高硬度高韌性樹脂：突破了傳統樹脂無法同時兼顧強度和韌性的瓶頸，可攻絲且抗衝擊，已在工業製造中大規模應用。

FlexOne系列單組分彈性樹脂：無需混合，開封即可使用，且不受適用期限制。其中，FlexOne 55A彈性樹脂具有極高的斷裂伸長率、高回彈性和優異的抗彎強度。同時，它已通過皮膚致敏性和皮膚刺激性測試，完美適用於人形機器人肌肉和關節等應用場景。

2. FDM 3D 列印解決方案：從超柔性到特殊工程

eSUN提供全系列FDM耗材，涵蓋一般型、增強型、超強韌性型、輕量化型、抗靜電型、阻燃型等：

高性能工程長絲：如碳纖維增強PA/ABS/PLA、工業級PEEK等，具有高強度、高剛性、耐高溫、抗衝擊等特點，非常適合用於機器人仿生手臂、傳動齒輪、承重骨架等。

柔性長絲（PEBA、TPU 等）：滿足機器人軟體驅動器的需求。

*eSUN FDM 材料已成功應用於國內外競賽機器人、月球車和機器狗的設計和應用。

3.全流程服務：iSUN3D彈性製造解決方案

超大畫幅高速光固化設備：提供 576324mm 超大幅面 DLP 印表機，最大列印高度可達 650mm，僅需 10 小時即可完成機器人軀幹的整體列印！

晶格設計平台：

1.多種格子可供選擇與調節，使設計更加豐富；

2.自動填充，快速分析模型結構，一鍵產生晶格檔案；

3.結構應力/分佈分析，可實現不連續連接線/表面填充和快速缺陷修復；

4.外觀資料導入，快速填充不同應力區域的目標晶格。

從軟性材料到硬材料，eSUN致力於透過材料研發創新推動3D列印技術的產業應用與發展。我們期待與產業企業、設備和軟體供應商以及大學和科研院所開展深度合作，共同建構人形機器人3D列印應用生態，促進該產業的快速健康發展。