碳纤维3D打印在设计中有什么作用？全国大学生机器人大赛参赛师生谈了关键几点
时间:2023-10-22 13:18 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
第22届全国大学生机器人大赛“RoboMaster2023机甲大师超级对抗赛”抽签中三支种子队伍上海交通大学、哈工大（深圳）、深圳大学抽在了一起，成为了名副其实的“死亡之组”。最后上海交通大学杀出重围并最终捧杯。 碳纤维增强3D打印是这个赛季Raise3D为多个赛队提供的超级秘密武器。此次Raise3D复志科技特别邀请了哈工大（深圳）南工骁鹰和上海交通大学交龙战队的指导老师和同学们，谈谈使用Raise3D打印机和碳纤增强材料的打印的心得体会。
哈工大（深圳）戴老师（以下简称为戴老师）：“南工骁鹰机器人队成立于2016年，致力于为哈工大深圳校区学子提供科技创新的有力平台，培养高素质创新、创业人才，提高本科生创新及工程实践能力，孵化创新创业团队，已经成为哈工大（深圳）成立时间最早、规模最大、最具有代表性的一支机器人战队。” “南工骁鹰机器人队包括机械组、电控组、硬件组、算法组、宣传组，目前使用3D打印最多的属于机械组的队员。我们战队非常注重技术的革新和进步，在比赛前期，我们利用3D打印技术制作了许多自主设计的零部件和配件，使得我们的机器能够具备更高的性能和适应性。这些3D打印的零部件不仅提高了机器的稳定性和精度，还大大减少了制造成本和生产周期。” “其次，3D打印技术也在我们队内起到了快速原型设计和调试的作用。我们可以通过3D打印快速制作出各种零部件和模型，进行机器的实验和测试。这使得我们能够更加高效地进行机器的优化和改进。” “总体来说，3D打印技术在我们战队中扮演了重要角色，它不仅提高了我们机器的性能和稳定性，还为我们带来了更高效的原型设计和调试方法。” 交大武老师（以下简称为武老师）：“今年的交龙大家可能都知道是从复活赛打上来的，一路杀进决赛拿到冠军。大家会觉得交龙今年走的很稳，其实也不是看到的这样逆袭而上，一帆风顺的。” “比如今年比赛中机械臂工程车，当时的时候，是自旋开启陀螺的功能做防御，但是工程的底盘的传动带断裂，导致机器无法正常工作造成摔倒，那场相当于没工程，是很难打的。”
“但我们今年是有备用车，虽然赛队机器也会出现问题，但我们做了充分的准备，比如我们有两套技术方案，有两辆工程，一套机械臂，一套XY三点的运行方式，包括英雄主力有一台摩擦轮非常稳定，还有一台非常新的“弹弓”，用复合弓的弹性材料去发射大弹丸。” “另外，我们的零件获取相对比较容易，目前有3台Raise3D E2CF碳纤维打印机，可以打印多种复合材料，还有许多其他桌面级的3D打印机，给战队提供了足够的技术支持。”
戴老师：“目前学校使用3D打印机主要有4个场景，第一是课程，学校有3D打印成形相关的课程，学生会学习并使用到3D打印设备；第二是参加机器人竞赛，比如RoboMaster、RoboCon、工创赛及机创赛等，3D打印可以用于制作机器人的零部件、底盘、机械手臂等，通过3D打印，可以实现快速原型设计和定制化制造，满足不同机器人的需求；第三是用于科学研究；第四是作为青少年科普教育，已成为中小学或其他高校的参观点。 “这次RoboMaster比赛，有个比较典型的应用就是飞镖。飞镖本体全部是3D打印做的，研发过程中利用3D打印进行快速迭代。去年历经了大概几十次迭代，今年定型后迭代了四五次左右，飞镖内部的填充则考虑到控制重心的需求，最后设定在前端是100%填充，后端是40%的填充率，保证飞镖的弹道。”
武老师：“针对相对复杂的三维零件，实际上我们有普通PLA、E2CF设备3D打印的碳纤维增强尼龙和铝合金机加工这三个选项，现在我们复盘从整个比赛周期来看，PLA零件大概占了30%，20%是增强尼龙，剩下的一半是机加工。” “三者的关系来说，刚开始做原型的时候先用PLA打，成本低，比如和哈工大深圳校区一样，我们的飞镖也是用3D打印来做的，大部分用PLA，因为我们认为飞镖就是一个一次性的零件，所以要保证它的使用成本，我们每次打非常多来用。” “除了飞镖这种一次性的零件以外，其他零件定型以后，再用E2CF设备制作功能零件，测试下来还需要进一步加强性能的时候，我们再安排CNC的加工外协。
武老师：“Raise3D 的E2CF 3D打印设备在我们的制作中应用非常广泛，尤其对于一些需要具备轻量化特性的立体结构件。以步兵机器人为例，其四个角落的滑环保护键是一个空间的立体结构，能够很好地保护传感器。如果采用传统的铝件机加工方式，成本会很高且重。但为了满足对刚性兼顾韧性的需求，就会选择E2CF 3D打印设备。” “在之前进行的测试中，我们比较了E2CF和PLA打印出的两个块状体或两个平面状的物体在碰撞或敲击后的表现，发现E2CF设备3D打印出的物体综合性能确实比PLA要好很多。因此，对于需要较高强度的地方，我们都会选择E2CF来进行打印。”
戴老师：“在我们学校的实验与创新实践教育中心里面最主要是Raise3D打印机，一共有20多台。也有一些小的桌面级的设备，还有两套尼龙烧结的设备，Raise3D的话主要是Pro3、E2和E2CF 3D打印设备。” “我们没有一定说是用增强碳纤来打印最终的零件，学生会自由的调整并且测试这个零件，比如说早期的平衡车第一代的轮毂我们是用E2CF 设备3D打印的增强碳纤维的，对比铝合金材质，大幅减轻轮子重量，制动提高，惯性小了。”
“后来我们测试发现使用Raise3D Pro3打印的PLA内轮毂，外圈增加了碳板保护的方案更好；就替换了原有的碳纤维增强的方案，应该说，E2CF 3D打印设备在里面扮演了一个碳纤维增强的一个平台，提供了很好的一个可选项，让我们可以灵活地去不断切换平台，以形成最好的方案。”
武老师：“我最认可的是复志的整个生态系统，特别是RaiseCloud，RaiseCloud是一个完整的企业管理方式，它可以让一个团队共享视野，同时绑定和监测多台3D打印机，谁用哪台机器执行了什么打印任务？项目处于什么状态？都可以在线上随时进行查看。” “RaiseCloud也能自动对3D打印机、学生工单、打印项目以及材料使用等方面进行数据统计，就像在我们这个团队账号下，目前能看到已经打印了116盘零件。”
戴老师：“Raise3D我觉得比较好的地方就是对耗材的兼容性更强，我们使用了几台不同品牌3D打印机，尝试了不同的材料打印，发现对材料的兼容性其实不是很好。” “Raise3D Pro3和E2采用双喷头设计，学生反馈Raise3D的设备3D打印效率更高，打印过程更稳定。这使学生和教师能够获得更多的打印自由度，进一步促进工科实践的发展。”
戴老师：“其次也是RaiseCloud软件，我们的实验室离3D打印成形实验室，还是有一段距离的，如果每次打印需要远程走过去开机，是比较麻烦的，我们要提高学生使用的便捷度。” “通过RaiseCloud学生能在寝室，就可以远程下发指令，3D打印成形实验室属于24小时开放，学生会进行不间断的7天24小时连续生产，一般学生可能晚上打了后第二天来取，或者是白天打印晚上来拿。” (责任编辑：admin) |
