龍和鷹，RoboMaster 2023兩強訪談：3D打印在設計中是如何運用的？
第22屆全國大學生機器人大賽“RoboMaster2023機甲大師超級對抗賽”抽簽中三支種子隊伍上海交通大學、哈工大（深圳）、深圳大學抽在了一起，成為了名副其實的死亡之組。最后上海交通大學殺出重圍并最終捧杯。
碳纖維增強3D打印是這個賽季Raise3D為多個賽隊提供的超級秘密武器。此次Raise3D復志科技特別邀請了哈工大（深圳）南工驍鷹和上海交通大學交龍戰隊的指導老師和同學們，談談使用Raise3D打印機和碳纖增強材料的打印的心得體會。
問
今年兩所學校都進了國賽，并會師在死亡之組，大家可以先介紹下戰隊的情況和3D打印在隊內的大致使用情況？
哈工大（深圳）戴老師（以下簡稱為戴老師）：“南工驍鷹機器人隊成立于2016年，致力于為哈工大深圳校區學子提供科技創新的有力平臺，培養高素質創新、創業人才，提高本科生創新及工程實踐能力，孵化創新創業團隊，已經成為哈工大（深圳）成立時間最早、規模最大、最具有代表性的一支機器人戰隊。”
“南工驍鷹機器人隊包括機械組、電控組、硬件組、算法組、宣傳組，目前使用3D打印最多的屬于機械組的隊員。我們戰隊非常注重技術的革新和進步，在比賽前期，我們利用3D打印技術制作了許多自主設計的零部件和配件，使得我們的機器能夠具備更高的性能和適應性。這些3D打印的零部件不僅提高了機器的穩定性和精度，還大大減少了制造成本和生產周期。”
“其次，3D打印技術也在我們隊內起到了快速原型設計和調試的作用。我們可以通過3D打印快速制作出各種零部件和模型，進行機器的實驗和測試。這使得我們能夠更加高效地進行機器的優化和改進。”
“總體來說，3D打印技術在我們戰隊中扮演了重要角色，它不僅提高了我們機器的性能和穩定性，還為我們帶來了更高效的原型設計和調試方法。”
交大武老師（以下簡稱為武老師）：“今年的交龍大家可能都知道是從復活賽打上來的，一路殺進決賽拿到冠軍。大家會覺得交龍今年走的很穩，其實也不是看到的這樣逆襲而上，一帆風順的。”
“比如今年比賽中機械臂工程車，當時的時候，是自旋開啟陀螺的功能做防御，但是工程的底盤的傳動帶斷裂，導致機器無法正常工作造成摔倒，那場相當于沒工程，是很難打的。”
“但我們今年是有備用車，雖然賽隊機器也會出現問題，但我們做了充分的準備，比如我們有兩套技術方案，有兩輛工程，一套機械臂，一套XY三點的運行方式，包括英雄主力有一臺摩擦輪非常穩定，還有一臺非常新的“彈弓”，用復合弓的彈性材料去發射大彈丸。”
“另外，我們的零件獲取相對比較容易，目前有3臺Raise3D E2CF碳纖維打印機，可以打印多種復合材料，還有許多其他桌面級的3D打印機，給戰隊提供了足夠的技術支持。”
問
目前學校學生如何使用3D打印？現在比賽里面有什么典型的應用場景么？
戴老師：“目前學校使用3D打印機主要有4個場景，第一是課程，學校有3D打印成形相關的課程，學生會學習并使用到3D打印設備；第二是參加機器人競賽，比如RoboMaster、RoboCon、工創賽及機創賽等，3D打印可以用于制作機器人的零部件、底盤、機械手臂等，通過3D打印，可以實現快速原型設計和定制化制造，滿足不同機器人的需求；第三是用于科學研究；第四是作為青少年科普教育，已成為中小學或其他高校的參觀點。
“這次RoboMaster比賽，有個比較典型的應用就是飛鏢。飛鏢本體全部是3D打印做的，研發過程中利用3D打印進行快速迭代。去年歷經了大概幾十次迭代，今年定型后迭代了四五次左右，飛鏢內部的填充則考慮到控制重心的需求，最后設定在前端是100%填充，后端是40%的填充率，保證飛鏢的彈道。”
▲3D打印飛鏢本體
武老師：“針對相對復雜的三維零件，實際上我們有普通PLA、E2CF的碳纖維增強尼龍和鋁合金機加工這三個選項，現在我們復盤從整個比賽周期來看，PLA零件大概占了30%，20%是增強尼龍，剩下的一半是機加工。”
“三者的關系來說，剛開始做原型的時候先用PLA打，成本低，比如和哈工大深圳校區一樣，我們的飛鏢也是用3D打印來做的，大部分用PLA，因為我們認為飛鏢就是一個一次性的零件，所以要保證它的使用成本，我們每次打非常多來用。”
“除了飛鏢這種一次性的零件以外，其他零件定型以后，再用E2CF制作功能零件，測試下來還需要進一步加強性能的時候，我們再安排CNC的加工外協。”
▲交龍戰隊使用Raise3D E2CF打印零件
問
兩所學校都配置了桌面碳纖維打印設備E2CF，使用下來感覺如何？
武老師：“E2CF在我們的制作中應用非常廣泛，尤其對于一些需要具備輕量化特性的立體結構件。以步兵機器人為例，其四個角落的滑環保護鍵是一個空間的立體結構，能夠很好地保護傳感器。如果采用傳統的鋁件機加工方式，成本會很高且重。但為了滿足對剛性兼顧韌性的需求，就會選擇E2CF。”
“在之前進行的測試中，我們比較了E2CF和PLA打印出的兩個塊狀體或兩個平面狀的物體在碰撞或敲擊后的表現，發現E2CF打印出的綜合性能確實比PLA要好很多。因此，對于需要較高強度的地方，我們都會選擇E2CF來進行打印。”
▲上交步兵機器人
戴老師：“在我們學校的實驗與創新實踐教育中心里面最主要是Raise3D打印機，一共有20多臺。也有一些小的桌面級的設備，還有兩套尼龍燒結的設備，Raise3D的話主要是Pro3、E2和E2CF。”
“我們沒有一定說是用增強碳纖來打印最終的零件，學生會自由的調整并且測試這個零件，比如說早期的平衡車第一代的輪轂我們是用E2CF打印的增強碳纖維的，對比鋁合金材質，大幅減輕輪子重量，制動提高，慣性小了。”
▲早期平衡車碳纖維增強輪轂
“后來我們測試發現使用Raise3D Pro3打印的PLA內輪轂，外圈增加了碳板保護的方案更好；就替換了原有的碳纖維增強的方案，應該說，E2CF在里面扮演了一個碳纖維增強的一個平臺，提供了很好的一個可選項，讓我們可以靈活地去不斷切換平臺，以形成最好的方案。”
▲Raise3D打印的PLA內輪轂，外圈增加了碳板保護
問
相比其他品牌的FDM/FFF的3D打印機，您覺得Raise3D給你們學生使用上最大的區別在哪里？
武老師：“我最認可的是復志的整個生態系統，特別是RaiseCloud，RaiseCloud是一個完整的企業管理方式，它可以讓一個團隊共享視野，同時綁定和監測多臺打印機，誰用哪臺機器執行了什么打印任務？項目處于什么狀態？都可以在線上隨時進行查看。”
“RaiseCloud也能自動對打印機、學生工單、打印項目以及材料使用等方面進行數據統計，就像在我們這個團隊賬號下，目前能看到已經打印了116盤零件。”
戴老師：“Raise3D我覺得比較好的地方就是對耗材的兼容性更強，我們使用了幾臺不同品牌3D打印機，嘗試了不同的材料打印，發現對材料的兼容性其實不是很好。”
“Raise3D Pro3和E2采用雙噴頭設計，學生反饋你們的設備打印效率更高，打印過程更穩定。這使學生和教師能夠獲得更多的打印自由度，進一步促進工科實踐的發展。”
▲3D打印成形實驗室的Raise3D Pro3打印機
戴老師：“其次也是RaiseCloud軟件，我們的實驗室離3D打印成形實驗室，還是有一段距離的，如果每次打印需要遠程走過去開機，是比較麻煩的，我們要提高學生使用的便捷度。”
“通過RaiseCloud學生能在寢室，就可以遠程下發指令，3D打印成形實驗室屬于24小時開放，學生會進行不間斷的7天24小時連續生產，一般學生可能晚上打了后第二天來取，或者是白天打印晚上來拿。”
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