산업용 자동화의 경량 로봇 프레임에 대한 혁신적인 재료

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왜 산업용 로봇의 무게 매트릭스

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탄소 섬유 복합재 : 고성능 프레임의 새로운 표준

탄소 섬유 강화 폴리머 (CFRP)는 경량 로봇 프레임에 금속에 대한 선도적 인 대안으로 출현했습니다. 강도 - 중량 비율은 약 5 배의 강철과 두 배의 알루미늄, 탄소 섬유는 디자이너가 극적으로 가벼운 구조로 뻣뻣하고 진동하는 구조를 만들 수 있도록 설계자가 있습니다. 탄소 섬유와 알루미늄 단조를 대체하는 전형적인 산업 6 축 로봇에서, 유지 또는 뻣뻣뻣함 개선을 위해 40-50%의 질량을 줄일 수 있습니다.

Adoption을 구동하는 제조의 진보

로봇의 탄소 섬유의 초기 채택은 높은 재료 비용과 느린 제조 방법 손으로 낳고 오토클레이브 경화와 같은 제한되었다. 오늘날 자동화 된 섬유 배치 (AFP) 및 수지 전송 성형 (RTM)은 생산 시간을 크게 삭감하고 비용이 크게 절감했습니다. Pre-impregnated unidirectional tapes and Woven fabrics are now available with 일관된 기계적 성질을 직렬 생산에 적합. FANUC 및 ABB와 같은 로봇 제조업체 선택 모델에 탄소 섬유 팔을 제공하고있다, 그리고 Automatatas 같은 시작은 CFR-Patas를 사용하여 매우 초경량 로봇을 구축하는 것입니다.

연구 및 개발

탄소 섬유는 금속에 대한 드롭 인 교체가 아닙니다. 디자이너는 섬유 방향에 따라 강도가 변화합니다. 관절 인터페이스는 볼트 부하에서 분쇄를 방지하기 위해 금속 삽입 또는 하이브리드 접합이 필요합니다. 탄소와 금속 부품 사이의 열팽창 차이는 고정밀 응용 분야에서 정렬 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 도전에도 불구하고 성능이 가장 새로운 로봇 플랫폼이 적어도 일부 탄소 섬유 부품을 포함 할 정도로 확고합니다.

외부 링크: 컴포지트 월드: Robotics의 탄소 섬유]

Aramid 섬유 (Kevlar, Nomex) 충격 저항

Kevlar와 같은 뻣뻣함, aramid 섬유에 있는 탄소 섬유는 로봇 구조에 유일한 단단함을 가져옵니다. Kevlar의 높은 장력 강도 및 에너지 흡수는 끝 효력 산과 같은 충격 또는 높은 순환 짐을 경험할지도 모르다 성분을 위해 이상적, 손목 주거 및 방어적인 shrouds 만듭니다. 공동 로봇에서는, aramid 강화한 구조는 촉매 실패 없이 사고의 충돌을 저항할 수 있습니다. 안전 등급.

Hybrid Laminates: 두 가지의 베스트를 결합

많은 고급 프레임은 이제 하이브리드 라미네이트를 사용하여 아람이드 또는 유리 섬유로 층 탄소 섬유를 사용합니다. 예를 들어, 탄소 섬유 암 튜브는 균열 전파를 저항하기 위해 Kevlar의 내부 층을 가질 수 있으며 외부 탄소 섬유는 뻣뻣함을 제공합니다. 이 하이브리드는 식품 가공 및 제약을위한 로봇에서 사용되며 화학 저항 및 강성이 무게 절감만큼 중요합니다.

외부 링크: DuPont Kevlar 산업 로봇 응용]

금속 모체 합성물 및 마그네슘 합금

모든 경량 재료는 폴리머입니다. 금속 매트릭스 복합 재료 (MMC)는 알루미늄과 같은 실리콘 카바이드 입자로 강화 된 뻣뻣한 무게를 강재에 비교할 수 있습니다. 이 재료는 항공 우주에서 이미 사용되며 열 전도성과 마모 저항이 중요하다는 고속 로봇 팔에 응용 프로그램을 찾는 것입니다. 마그네슘 합금은 일반적으로 구조 금속의 가장 낮은 밀도를 제공하지만 알루미늄보다 약 35 % 가벼워집니다. 그리고 낮은 로봇 비용으로 높은 비용으로 평가됩니다.

첨가제 제조 새로운 디자인 Freedom을 엽니 다

3D 프린팅 티타늄, 알루미늄, 또는 폴리머 복합재는 캐스트 또는 기계에 불가능한 격자 구조를 가능하게 합니다. 로봇 프레임 구성 요소는 기존 가공에 비해 30-50 %의 무게 감소를 달성하는 데만 최고의 소재를 배치하는 데 최적화 될 수 있습니다. Roboze 및 Markforged와 같은 회사는 연속 탄소 섬유 강화 나일론 부품을 생산하고 강도에 알루미늄을 증가하지만 훨씬 적은 무게를 갖는 것입니다.

산업 자동화에 있는 혁신적인 물자의 이점

이동 질량 – 직접 더 높은 가속 및 더 짧은 주기 시간에 번역. 팔 질량에 있는 10 kg 감소는 20% 또는 더 많은 것에 의하여 주기 당 에너지 사용을 삭감할 수 있습니다.
고급급급급급비] – 로봇은 자체 중량과 상대적 중량에 따라 애플리케이션의 가능성을 확장하는 데 필요한 무거운 페이로드를 수행 할 수 있습니다.
Lower Power consumption – Lighter Frame은 소형 모터와 드라이브를 필요로 하며 피크 전기 수요와 운영 비용을 절감합니다.
Improved dynamic performance – Stiffer, Lighter Frames reduce 진동과 과잉을 통해 더 높은 속도로 견고한 위치 정확도를 가능하게 합니다.
부식과 피로 저항 – 마그네슘과 같은 복합성 및 합금은 녹지 않으며 식품 및 화학 가공에 있는 세척 환경에 적합하게 합니다.

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비용 및 확장성

가격 하락에도 불구하고, 탄소 섬유 전진은 아직도 강철 보다는 킬로그램 당 대략 10-20배 더 많은 것을 비용합니다. 높 부피 로봇 제조자를 위해, 우수한 추가합니다. 합성 조형을 위한 장식은 또한 비싸고, 주기 시간은 금속 각인 또는 주물 보다는 더 길습니다. 파손 조차 점은 수시로 생산력이 상쇄 물자 비용을 얻는 고성능 신청을 위해 옵니다.

가입 및 수리

복합 재료는 금속처럼 용접 할 수 없습니다. 결합은 접착제, 기계 패스너가 caution, 또는 하이브리드 오버 몰딩을 필요로합니다. 손상된 복합 프레임의 수리는 강철 균열을 용접하는 것보다 더 복잡합니다. 강철 균열을 용접하는 것은 종종 부분이 완전히 대체되어야합니다. 이것은 수명주기 비용을 인상하고 전문 서비스 기능을 필요로합니다.

재활용 및 지속 가능성

열광체 복합재는 재활용이 어렵고, 탄소 섬유 생산은 높은 탄소 발자국을 가지고 있습니다. 재활용성이 개선되고, 많은 산업 구매자는 이제 새로운 재료로 커밋하기 전에 수명주기 평가를 요구했습니다. 마그네슘 합금은 다른 한편으로는 재활용이 매우 높으며 알루미늄보다 낮은 배출으로 생산할 수 있습니다.

외부 링크: IFM Technology Brief: Robotics의 경량 재료]

미래 전망: Monocoque와 Hybrid 구조로

이 제품은 주로 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속, 금속

센서 통합 및 스마트 구조

복합 프레임 내에서 내장 된 섬유 광학 센서 및 인쇄 전자는 스트레스, 피로, 또는 즉시 손상을 감지하는 자기 학습 로봇을 가능하게 할 수 있습니다. 이 "구조적 인 건강 모니터링"은 계획되지 않은 가동 시간을 줄이고 예측 유지 보수를 허용 할 것입니다. 전도성 탄소 섬유 자체는 스트레인 게이지로 사용될 수 있으며, 프레임을 감지 요소로 전환합니다.

자동화는 작은 배치 제조 및 물류로 밀고 계속, 빠른 배포 능력, 경량 로봇은 경쟁력있는 차별화 될 것입니다. 혁신적인 프레임 재료에 투자하는 회사는 오늘 내일 스마트 공장의 요구를 충족시키기 위해 더 나은 위치 할 것입니다.