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先进复合材料赋予机器人更多可能性

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-01-27  来源:新材料日报  浏览次数:365
核心提示:目前,机器人制造的主要材料还是高强度钢和铝合金材质,碳纤维、镁合金及其它复合材料的应用受制于应用成本和技术水平,仍有很大
     目前,机器人制造的主要材料还是高强度钢和铝合金材质,碳纤维、镁合金及其它复合材料的应用受制于应用成本和技术水平,仍有很大空间亟待拓展。轻量化是机器人设计与制造的核心问题之一,如何有效降低自重对机器人来说有重要的意义:首先,更轻的自重可以节约运转能耗,减少机器人充电频率和延长使用时间,在长周期使用中降低使用成本;其次,很多工作环境中对机器人的自重有严格要求,过重的结构材质将直接影响使用的安全性,轻量化的材质对限定工作环境下的机器人是必需的;再者,轻量化高强度的材质还能提升机器人的负载比,赋予机器人更多的功能使用条件,提升机器人的市场竞争力。
    碳纤维材料的性能优势在前期的机器人制造产业中得到了一定的重视,在各种类型的机器人中也有不少的应用案例,但是无论是在整个机器人材料中的占比还是其在机器人中的应用形式都有待于进一步提升和创新。碳纤维零部件制造行业不仅要紧跟机器人产业的发展节奏,还要有意识地加强两个产业之间的深度融合。
 
    一是加快碳纤维复合材料的产品研发,为机器人产业提供不同的碳纤维零部件原材料。
    现投入使用的碳纤维机器人制品主要都属于机器人本体用结构零部件,例如机器人外壳、机器人臂管、机器人关节壳等,这类材料多为热固性碳纤维复合材料。但是常用的热固性碳纤维复合材料的耐高温、耐磨性并不能胜任机器人中的高精密部位零部件对高强度、耐磨性的特殊需求。为了弥补国内在连续碳纤维增强热塑性复合材料方面的应用空白,连续碳纤维增强PA6、PPS、PEEK等热塑性制品在原有的高强度、轻量化基础上进一步提升了碳纤维复合材料的耐高温和耐磨性,丰富了碳纤维机器人零部件的原材料种类,开拓出新的碳纤维复合材料应用方向。
    二是从原材料成本和应用价值双向推进碳纤维复合材料在机器人产业中的深入应用。
 
    从碳纤维零部件制造角度看,只有优化工艺流程,通过高效率的生产效率和可靠的产品性能才能有效保障碳纤维材料在机器人制造产业中的应用优势。例如,某企业的一款碳纤维可伸缩式机械臂管,虽然比传统的金属臂管要贵很多,但是其为该机器人提供了超过1/3的轻量化效果,年节省用电约60%,延长工作时间1.5倍,并通过新增负载设备为其增加了三项新的附属功能。
 
    三是打造碳纤维应用产业与机器人产业共同开发的平台,促进双方的共同发展。
 
    全球化的工业进程逐步成熟,工业机器人需求量始终处于旺盛态势,但是市场对机器人提出的要求越来越高。完善、高效、精密、安全和节能的工业机器人需要机械学、材料学、自动化、计算机和仿生学等多个学科人才的通力合作。碳纤维应用产业不能坐等需求,还要主动参与到机器人设计和制造产业中来,在跨行业平台中寻求新的发展机遇。
 
 
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