全碳纖維增強3D打印車身——Raise3D助力南工驍鷹備戰(zhàn)RoboMaster大賽
引言:RoboMaster機甲大師超級對抗賽是由共青團中央、深圳市人民政府聯(lián)合主辦的機器人賽事,側重考察參賽隊員對理工學科的綜合應用與工程實踐能力。賽事由一群青年工程師組成戰(zhàn)隊,對戰(zhàn)雙方需自主研發(fā)不同種類和功能的機器人,在指定的比賽場地內進行戰(zhàn)術對抗。
今年的RoboMaster新賽季,Raise3D復志科技正式官宣成為2021年賽季的“最強黑馬”、全國八強戰(zhàn)隊——哈爾濱工業(yè)大學(深圳)南工驍鷹戰(zhàn)隊的贊助商。為其提供全新的桌面級碳纖維打印機E2CF和碳纖維增強3D打印材料,以助力戰(zhàn)隊打造全碳纖維增強3D打印車身。
Raise3D E2CF
在2021年賽季,面對實力強勁的對手、勝算微弱的戰(zhàn)局,南工驍鷹機器人隊的穩(wěn)定輸出和精準突破,讓他們 最終順利逆轉戰(zhàn)局,擊敗北部區(qū)域賽冠軍,最終成為官方認證的2021年賽季“最強黑馬”!
在今年的新賽季,Raise3D的全新碳纖維3D打印機E2CF和碳纖維增強材料的加入,將為小鷹全面升級換裝為“又黑又硬”的“碳纖維之翼”。
圖 | 換裝“碳纖維之翼”的南工驍鷹新賽季隊服
Raise3D材料負責人金珉德博士表示:“目前大部分的RoboMaster機器人中間的塑料制件多采用PLA(聚乳酸)材料進行打印,而小鷹使用的 PET CF或者PPA CF碳纖增強材料,在材料的剛性,強度和抗沖擊性上進行了一次飛躍。”
|
材料名稱 |
楊氏模量 |
拉伸強度 (MPa) |
抗沖擊強度 (kJ/㎡) |
|
PET CF |
5.5 |
63 |
6.2 |
|
PPA CF |
7.8 |
122 |
7.8 |
|
PLA |
2.0 |
45 |
3.1 |
一機之力
打造高性能機器人零部件
金珉德博士表示:“E2CF桌面碳纖維打印機可以生產多種復合材料,以滿足機器人不同的部分對于剛性兼顧韌性的需求。比如在車輛上島時,有些零件會受到一定的極端受力,我們可以采用PPA CF——一種碳纖維增強的高溫尼龍復合材料,提供更高的材料性能。
另外在激烈的比賽過程中,機器人的裝甲包覆部件可能需要直面16m/s的彈丸的沖擊,我們可以采用碳纖增強的PET CF材料,其基材PET就是我們常用的可樂瓶的材料,加入碳纖維后,提高機器人裝甲部件整體上限的同時,也可以適當優(yōu)化設計,進行減重,提高機器人的靈活性。除此之外,其成本也相對PPA CF等碳纖增強材料要更加親民。”
圖 | PET有良好的機械性能——你很難折斷飲料瓶
(圖片源自網(wǎng)絡)
高打印上限
為機器人提供軍工級別裝備
金博士同時表示:“E2CF的打印兼容上限相當高,除了打印碳纖維以外,還可以打印芳綸(凱芙拉?)或者玻璃纖維復合材料。根據(jù)實際小鷹的使用情況,還可以考慮使用法國進口的ABS+Kevlar?線材,以進一步增強韌性和抗沖擊性。”
凱芙拉?(Kevlar? )是美國杜邦?(DuPont)公司研制的一種芳綸纖維復合材料,具有密度低、強度高、韌性好、耐高溫等特性。其強度為同等質量鋼鐵的5倍,但密度僅為鋼鐵的五分之一(凱芙拉?密度為1.45g/cm3,鋼鐵密度為7.85g/cm3),具有極強的強度密度比。
由于其堅韌耐磨,經常被應用在軍工領域,如用于提高坦克、裝甲車的防護性能提升等。薄層板和鋼板的復合材料使用,能大幅提升坦克裝甲防護性的同時,還能大幅減輕重量。
E2CF和芳綸纖維復合材料的打印組合解決方案也成為目前美國多個航空和軍工企業(yè)的選擇。
圖 | 美國M113裝甲運輸車,內裝了凱芙拉?防爆襯層
(圖片源自網(wǎng)絡)
無縫切換
原型測試與最終件生產
據(jù)了解,哈爾濱工業(yè)大學(深圳)總共采購了十幾臺E2和Pro2系列3D打印機,用于研發(fā)和制作RoboMaster參賽機器人的零件。
如今,在有了碳纖版的E2CF設備后,小鷹戰(zhàn)隊可以實現(xiàn)無縫切換研發(fā)和最終件的生產——使用E2打印機和相對便宜的PLA材料進行樣件的制作和測試,再使用E2CF制作高強度的最終零件成品,其成本效益顯著優(yōu)于CNC加工。
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