เพื่อแก้ไขปัญหาการจับคู่วัสดุสำหรับส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์ จำเป็นต้องพิจารณาข้อกำหนดการทำงานหลักของแต่ละชิ้นส่วน (เช่น ความต้านทานการสึกหรอของข้อต่อ เปลือกน้ำหนักเบา และแรงเสียดทานต่ำในระบบส่งกำลัง) รวมกับคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของวัสดุ (เช่น ความแข็งแรงสูงของ PEEK และความง่ายในการประมวลผลของ PC/ABS) และต้นทุนเชิงพาณิชย์ เพื่อให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างประสิทธิภาพ น้ำหนัก และต้นทุน วันนี้ เรามาสำรวจด้วย AHD ว่าวัสดุใดที่เหมาะกับส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์กัน
I. ข้อต่อ: "สนามรบหลัก" ของความต้านทานการสึกหรอสูง แรงเสียดทานต่ำ และการออกแบบที่มีน้ำหนักเบา
ข้อต่อคือ "ศูนย์กลาง" ของการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ ซึ่งจำเป็นต้องทนทานต่อการเคลื่อนที่แบบลูกสูบความถี่สูง การรับน้ำหนักที่ต่อเนื่อง และการสึกหรอจากแรงเสียดทาน ข้อกำหนดหลักได้แก่ ความต้านทานการสึกหรอสูง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ การออกแบบน้ำหนักเบา และความเสถียรของขนาด
1. วัสดุที่ต้องการ: PEEK (Polyetheretherketone)
การจับคู่ประสิทธิภาพ: PEEK เป็น "นักรบหกเหลี่ยม" ในกลุ่มพลาสติกวิศวกรรม มีความแข็งแรงสูง (ความต้านทานแรงดึง 100 MPa) ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ (0.15-0.25) ทนต่ออุณหภูมิสูง (อุณหภูมิในการทำงานระยะยาว 250 ℃) และการดูดซึมความชื้นต่ำ (อัตราการดูดซึมน้ำ < 0.1%) ตอบสนองความต้องการด้านความต้านทานการสึกหรอและความมั่นคงของข้อต่อได้อย่างสมบูรณ์แบบ
2. วัสดุเสริม: PEEK เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CF/PEEK)
การอัพเกรดประสิทธิภาพ: สำหรับข้อต่อที่รับน้ำหนักสูง (เช่น ข้อสะโพกและข้อเข่า) การใช้ PEEK เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (ปริมาณคาร์บอนไฟเบอร์ 30%) สามารถปรับปรุงความแข็งแรง (ความต้านทานแรงดึง data 120MPa) และความแข็งแกร่ง (โมดูลัส data 10GPa) ในขณะที่ยังคงความต้านทานการสึกหรอของ PEEK
แผ่นเติมคาร์บอน AHD PEEK
3. ยอดคงเหลือต้นทุน: POM (Polyoxymethylene)
สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง: สำหรับข้อต่อที่ไม่ใช่ข้อต่อรับน้ำหนักต่ำ (เช่น ข้อต่อข้อมือและนิ้ว) สามารถเลือก POM (โพลีออกซีเมทิลีน) ได้ POM มีความแข็งแกร่งสูง (ความต้านทานแรงดึง eta 60MPa) ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ (0.1-0.2) และลักษณะการประมวลผลที่ง่ายดาย และต้นทุนเพียง 1/5 ของ PEEK ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก
ครั้งที่สอง เชลล์: โซลูชันที่สมดุลสำหรับการออกแบบน้ำหนักเบา การปกป้อง และความสวยงาม
โครงเป็น "ชุดคลุมด้านนอก" ของหุ่นยนต์ ซึ่งต้องใช้ฟังก์ชันหลักสามประการ: น้ำหนักเบา (ลดน้ำหนักโดยรวม) การป้องกัน (ทนทานต่อแรงกระแทกและทนต่อการกัดกร่อน) และสุนทรียภาพ (สวยงามและสอดคล้องกับภาษาการออกแบบ)
1. วัสดุที่ต้องการ: โลหะผสม PC/ABS
การจับคู่ประสิทธิภาพ: โลหะผสม PC/ABS (โพลีคาร์บอเนต + อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน) คือ "ราชาแห่งความคุ้มค่า" ผสมผสานความแข็งแกร่งในการรับแรงกระแทกสูงของ PC (ความต้านทานแรงกระแทกแบบมีรอยบาก พรีเมี่ยม 60kJ/m²) เข้ากับการประมวลผลที่ง่ายดายของ ABS (รอบการฉีดขึ้นรูปสั้น) นอกจากนี้ยังมีความหนาแน่นต่ำ (ประมาณ 1.1 ก./ซม.) จึงเหมาะสำหรับการสร้างเปลือกหอยที่มีรูปร่างซับซ้อน (เช่น ลำตัวและแขนขา)
2. ตัวเลือกระดับไฮเอนด์: โพลีเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP)
การอัพเกรดประสิทธิภาพ: สำหรับหุ่นยนต์ระดับไฮเอนด์ (เช่น หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์และหุ่นยนต์ทางการแพทย์) จำเป็นต้องมีการลดน้ำหนักที่มากขึ้น ทำให้โพลีเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้ CFRP มีความหนาแน่นเพียงครึ่งหนึ่งของอลูมิเนียมอัลลอยด์ แต่มีความแข็งแรงมากกว่าถึงห้าเท่า ทำให้ได้การออกแบบเปลือกที่ "น้ำหนักเบาแต่แข็งแกร่ง"
3. การป้องกันขั้นสูง: PPS (โพลีฟีนิลีนซัลไฟด์)
สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง: สำหรับหุ่นยนต์ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น หุ่นยนต์เคมีและใต้น้ำ) เปลือกด้านนอกจะต้องทนต่อการกัดกร่อนและทนต่ออุณหภูมิสูง สามารถเลือก PPS (โพลีเฟนิลีน ซัลไฟด์) ได้ PPS มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมี (ความต้านทานต่อกรด ด่าง และตัวทำละลายอินทรีย์) ได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม และอุณหภูมิในการทำงานในระยะยาวอยู่ที่ประมาณ 200°C ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเกราะป้องกัน (เช่น เปลือกแขนของหุ่นยนต์เคมี)
แผ่นโพลีฟีนลีนซัลไฟด์ AHD
III. ระบบส่งกำลัง: "แกนกลางของระบบส่งกำลัง"—แรงเสียดทานต่ำ ความแข็งแกร่งสูง และต้านทานความล้า
ระบบส่งกำลังคือ "ตัวเชื่อมกำลัง" ของหุ่นยนต์ ซึ่งต้องการการส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพ (แรงเสียดทานต่ำ) ความแข็งแกร่งสูง (เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูป) และความต้านทานต่อความเมื่อยล้า (เพื่อการทำงานที่มั่นคงในระยะยาว) ข้อกำหนดหลักคือ: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ความแข็งแกร่งสูง และความต้านทานต่อความเมื่อยล้า
1. วัสดุที่ต้องการ: PEEK (Polyetheretherketone)
การจับคู่ประสิทธิภาพ: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำของ PEEK (0.15-0.25) และความแข็งแกร่งสูง (โมดูลัส ata 3.6 GPa) ทำให้เป็น "วัสดุในอุดมคติ" สำหรับระบบส่งกำลัง ตัวอย่างเช่น เกียร์ PEEK มีการสูญเสียแรงเสียดทานต่ำกว่าเกียร์โลหะถึง 50% และยังมีความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบการส่งผ่านที่มีความแม่นยำ
2. วัสดุเสริม: POM (Polyoxymethylene)
สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง: สำหรับระบบส่งกำลังโหลดต่ำ (เช่น การส่งสัญญาณร่วมในหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน) สามารถเลือก POM (โพลีออกซีเมทิลีน) ได้ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำของ POM (0.1-0.2) และความแข็งแกร่งสูง (ความต้านทานแรงดึง data 60MPa) ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเกียร์ แบริ่ง และส่วนประกอบอื่นๆ ด้วยต้นทุนเพียง 1/5 ของ PEEK ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก
3. ตัวเลือกระดับสูง: PEEK Cycloidal ลด
การอัพเกรดประสิทธิภาพ: สำหรับระบบส่งกำลังที่มีโหลดสูง (เช่น ข้อต่อสะโพกของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม) สามารถใช้ตัวลดไซโคลลอยด์ PEEK ได้ ตัวลดไซโคลลอยด์ PEEK ผสมผสานความแม่นยำสูงของการส่งผ่านไซโคลลอยด์เข้ากับลักษณะน้ำหนักเบาของ PEEK ขณะเดียวกันก็ยังมีความแข็งแกร่งสูง ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบการส่งผ่านที่รับน้ำหนักสูงและมีผลกระทบสูง (เช่น ตัวลดสำหรับข้อสะโพกและข้อเข่า)
V. แนวโน้มในอนาคต: "การบูรณาการ" ของวัสดุและความฉลาด
ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ วัสดุอัจฉริยะจะกลายเป็นทิศทางหลักในอนาคต:
วัสดุซ่อมแซมตัวเอง: เช่น วัสดุผสมโพลียูรีเทน ซึ่งสามารถเติมรอยขีดข่วนและยืดอายุการใช้งานของหุ่นยนต์ได้โดยอัตโนมัติ
วัสดุนำไฟฟ้า: เช่น PA ที่เต็มไปด้วยท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งสามารถฝังเซ็นเซอร์เพื่อให้ได้การตอบสนองแบบสัมผัส "ระดับผิวหนัง"
วัสดุชีวภาพ: เช่น PEEK ชีวภาพ ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน
การจับคู่วัสดุสำหรับส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการใช้งาน โดยคำนึงถึงลักษณะการทำงานของวัสดุและต้นทุนเชิงพาณิชย์ เพื่อให้ได้สมดุลที่เหมาะสมที่สุดของ "ประสิทธิภาพ-น้ำหนัก-ต้นทุน" ในอนาคต ด้วยการพัฒนาวัสดุอัจฉริยะและเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ วัสดุหุ่นยนต์จะมีน้ำหนักเบาขึ้น ชาญฉลาดมากขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยวางรากฐานสำหรับการค้าและการแพร่หลายของหุ่นยนต์
ท่อคาร์บอนไฟเบอร์สีสันสดใส
