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教育案例研究

3D 打印意味着实践性学习,以及更有前途的未来

在实验室和教室中进行 3D 打印,无论是今天的研究人员,还是明天的科学家、工程师和设计师,都能解决全球性的挑战。

Objet 的 Connex350 3D 打印系统可在仿生机器人实验室和生物力学实验室中进行实际物理测试

使用 Objet 3D 模型超越 CAD

许多设计师过度依赖计算机辅助设计工具和软件结果,这一观点激发了 BRML 对于运动学和机械设计的兴趣。与之相反,BRML 着重提出有意义的问题,并寻求对于正在研究的问题和过程的基本理解。Wolf 博士及其团队着迷于分析技术的深度及复杂性以及运动和机械设计中的物体合成,使用 3D 模型等运动学工具,以洞察他们的工作模式。

BRML 为超冗余机制开发机械结构、控制策略和运动规划。冗余度机器人拥有的自由度 (DOF) 至少比所需自由度高,以弥补简单的约束条件,例如使用手肘向上对比手肘向下的配置以到达目标位置。超冗余度机器人拥有比所需更多的 DOF,从而使他们可以应对更多的约束条件,例如高度复杂的体积,同时使他们执行各种不同任务。BRML 使用 Objet 的 Connex350 3D 打印机来创建强大的、功能齐全的模型,用来针对这些复杂机制研究运动学、设计标准和控制策略。他们关注安装在固定基座(如象鼻管)或自由基座(如蛇形机器人)上的超冗余度机器人。

实验室在可影响和直接促进科学及社会发展的领域内关注运动学和机器人学。例如,它在医疗设备和机器人方面的作用可以执行并加强前所未有的新医疗程序;它在搜索和营救机器人方面的作用可以更好更快的检测幸存者,同时降低搜索和营救人员受伤的风险。针对这些应用以及其他应用,BRML 使用 Objet 的 Connex350 3D 打印机来创建所需的高质量工作机器人模型。

Connex350 多材料 3D 打印机可满足 BRML 的严格要求

先进的多材料 Connex350 3D 打印机目前在机械工程系主要针对各种各样领域的研究进行测试,为系上所有研究人员以及来自以色列理工学院其他系的研究人员服务。已使用 Connex350 的其他领域包括医用机器人、仿生机器人和生物力学以及航空学。Connex350 也可以用作各种学生、项目的工具,以及用于一系列教学用途。

经过对全球可用 3D 打印技术的全面研究,BRML 发现 Objet 的 Connex350 3D 打印机是非常适合他们广泛的研究领域的绝佳系统。这归因于打印机拥有极高的层分辨率和光滑表面。在一次构建过程中将这些特征与各种机械性能(抗拉、抗弯和冲击强度)相结合,就能制造出强度明显提高的打印材料。这一提升的强度使得 BRML 可以制造用于实际物理测试和功能用途的经久耐用的零件。

Connex350 系统允许 BRML 在一次构建过程中打印可满足大部分设计和结构要求的复杂结构。例如,实验室需要生产一个带保护涂层的刚性外壳,因此它使用 FullCure720 材料来制作外壳,而使用橡胶类 TangoPlus 材料来制作涂层,以提供减震性、抗冲击性和所需的动摩擦系数(图 1)。根据团队的广泛研究,Connex350 是全球唯一一个可在单次构建中提供此类物理属性组合的 3D 打印系统。

Objet 技术改进研究方法

根据仿生机器人研究工程师 Oded Salomon 所说,重要的是“强调与去年相比我们如今进行研究的方式已大幅进步。Objet 的 Connex350 系统允许我们在短短几天内为实际物理测试创建真正的功能模型。这使得我们可在短时间内以最低的成本获得期望的结果。”

如今,BRML 可以生产各种工作部件,而在过去使用传统的机械车间需要花费大量时间。旨在使用 Objet 技术的制造方式完全不同于传统的 CNC,因为它可以制造出复杂、包覆成型的模型,这无法通过其他技术制造。正如 Oded Salomon 所说的那样,“使用 CAD 进行设计很不错,但是与实际的 Connex350 功能模型实在无法相比。”

如今,BRML 可将更多复杂结构纳入其设计的考虑范围内,这是 Objet“惊人的矩阵技术”带来的结果。

节省时间和金钱的同时还可获得更好的结果

Objet 技术缩短了 BRML 获得最终产品的所需时间,这在机器人研究中意味着在相当短的时间里可以检查和比较更多的概念。此举将更快地创建更好的模型,继而节省了成本。因此,BRML 现在可以在更短的时间内对选定的模型设计进行微调,从而创造更好的整体结果。

通过使用 Connex350,BRML 可以在设计阶段更早地确定错误,这在设计包含许多椎骨的蛇形机器人时十分有利。发现设计中的所有错误非常关键,极早确定这些错误可在整个过程中节省大量资金。此外,拥有不需要任何特殊基础设施的快速成型系统可让 BRML 将其放置在便于访问的区域。其他系统可能需要符合特定环境要求的单独房间。Alon Wolf 博士表示 BRML 很感谢 Objet 技术没有这方面的限制。“将 Connex350 放置在普通办公室内可能更具魅力,并且让人们更加意识到‘节省时间’和易用性这两个词的真正含义。”

Objet 技术让 BRML 获得成功

在近期召开的以色列机器人技术会议 (ICR 2008) 上,BRML 所展示的蛇形机器人让人印象深刻,此款机器人通过 Objet 技术制造而成。它有利的宣传了该实验室,并且为其在以色列电视和电台的多档科学节目中赢得了关注。除此之外,实验室还向以色列理工学院的本科生项目竞赛提供少量机器人,荣获了多项大奖。

科学家的个人成功也应归功于他们使用了 Objet 模型。由于他们使用该技术制造了工作原型,因此他们的研究获得了极大地推动,并且一些发明已申请了专利。获得这些成就的一个关键因素是在内部采用了 Connex350,您可在此保持机密性,避免研究结果外泄。

Wolf 博士总结了内部采用 Objet 3D 成型功能的价值所在:“当进行机器人研究时,着手使用此类技术“势在必行”。在进行机器人研究时,没有什么比能在第二天早上就实现您现在疯狂的想法更有意义。”

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