Hur man 3-D-skriver ut en hydraulisk robot

Vätska är en viktig, om än underskattad, komponent i modern robotteknik. Dess främsta roll är att generera, kontrollera och överföra kraft genom komplexa enheter - en ingenjörsvetenskap känd som hydraulik.

Ett problem med hydrauliska komponenter är att de trycksatta rören som krävs för att få det hela att fungera ofta behandlas som ett system som är mer eller mindre oberoende av resten av enheten.

Det får viktiga konsekvenser för hur robotar designas och byggs. Hydrauliken ökar dramatiskt komplexiteten och tiden som krävs för att bygga, driva och underhålla robotar.

Idag ser det ut att förändras tack vare arbetet av Robert MacCurdy och kompisar vid MIT. Dessa killar har modifierat en 3D-skrivare för att göra den kapabel att integrera hydraulik i vilken design som helst.

Det gör det möjligt att designa och bygga hydrauliska maskiner i ett enda steg för första gången. Hittills har det inte funnits något sätt att integrera robusta, högpresterande kraftöverföringselement direkt i en 3-D-utskriven del, säger de.

Tillvägagångssättet är okomplicerat. De mest avancerade 3-D-skrivarna kan skriva ut flera material samtidigt. Det är användbart eftersom det tillåter dem att införliva material med olika egenskaper som flexibilitet, färg och så vidare.

Dessa 3D-skrivare fungerar genom att bygga upp 3D-former ett lager i taget. De lägger först en droppe flytande bläck på plats och zappar omedelbart den med ultraviolett ljus för att bota eller stelna den. De lägger en droppe bredvid denna och härdar den och så vidare för att skapa det första lagret. Nästa lager går ovanpå detta.

MacCurdy och cos idé är att behandla den hydrauliska vätskan som vilket annat skrivarmaterial som helst. De gör detta genom att byta ut en behållare med härdbart skrivarbläck med en behållare med vätska som inte kan härdas av UV-ljus och som därför förblir flytande. När det kommer till design behandlar de vätskan på exakt samma sätt som de andra materialen.

Fördelarna är många. Detta tillvägagångssätt tillåter omedelbart skapandet av objekt som innehåller komplexa vätskefyllda kretsar. Eftersom dessa kretsar är slutna överförs kraften längs den genom att applicera tryck i ena änden av en krets.

Och flexibiliteten hos moderna tryckmaterial gör att det också är möjligt att omvandla denna tryckförändring till mekanisk rörelse och vice versa.

MacCurdy och co testade tekniken genom att skriva ut ett antal hydrauliska enheter. Till exempel trycker de en kugghjulspump – i huvudsak ett par inknäppta kuggar i ett rör som, när de vänder sig, flyttar vätska som är instängd mellan tänderna. Detta pumpar vätskan i en riktning men förhindrar att den rinner tillbaka eftersom tänderna passar tätt ihop.

De tryckte också ett bälgmanöverdon för att överföra kraft genom en vätska. Slutligen tryckte de en uppsättning vätskedrivna gripdon gjorda av mjukt silikongummi som kan ta upp ömtåliga föremål som ägg.

MacCurdy och co presenterar med fördel vad de har lärt sig för att ge en slags gör-det-själv-guide för alla som funderar på att prova samma knep (även om de kommer att behöva samma typ av avancerad skrivare – en Stratasys Objet260 Connex, I detta fall).

Det är imponerande arbete som avsevärt utökar kapaciteten för 3D-utskriftstekniker. Detta tillvägagångssätt gör att komplexa, funktionella, flerdelade robotenheter som använder hydraulisk kraftöverföring kan tillverkas automatiskt, säger McCurdy och co.

Vi ser fram emot att se vad de kommer fram till.

Ref: http://arxiv.org/abs/1512.03744 : Utskrivbar hydraulik: En metod för tillverkning av robotar genom 3-D samutskrift av fasta ämnen och vätskor

Dölj