ロボットトラクション最適化: Markforged鋳造でカスタム3Dプリントホイールを製作

編集部注: このゲスト投稿は、MIT機械工学卒で元MIT工作機械&設計インストラクター、Charles Guan氏によるものです。ABCのBattleBotsでロボットOverhaulのビルダー。ロボティクスと輸送工学コンサルタントとして働き、BattleBotsや他ロボティクス競技への出場でMarkforgedのスポンサーを受けています。詳細な洞察は彼のウェブサイトとEquals Zero Roboticsで！

ホイール設計

ホイールは6,000年以上の歴史がありますが、競技ロボティクスでは依然としてフラストレーションの源になり得ます。BattleBotsシーズン2で、私は正方形6輪駆動シャーシのOverhaul 2.0を構築し、純粋な速度で相手を凌駕することを狙いました。実証済みの選択である中硬度工業用キャスターホイール(熱可塑性エラストマー(TPE)トレッド)を選択。しかし、16馬力ブラシレスモーターがTPEを瞬く間に過負荷にし、ホイールが溶けてアリーナデブリの上を滑る結果に。Betaとの試合で、BattleBotsがD1グランプリと同等だと考えていた私の仮定が間違っていたことが露見しました。

大会後、確実に動力を伝達できるホイールの必要性を痛感。競技者が現場でウレタンホイールを鋳造していることに着想を得て、鋳造可能ゴム化合物の調査を開始。タイヤ設計の経験はゼロでしたが、Overhaulの30lbクラススケールモデルで鋳造ホイール用金型作りに着手しました。

金型設計

デトロイトメイカーフェアでSmooth-On担当者に相談し、高引裂き強度と引張強度を持つReoFlexとSimpactシリーズを推奨されました。これらはトレッドを常時せん断するホイールに必須です。ReoFlex 50(50Aデュロメーター、靴底相当)を入手し、金型とハブ設計を開始。

アリーナデブリを観察し、シンプルなスパイラルトレッドパターンを追加して塗料片と遊離粒子を排出。最適化されていませんが、ヘリカルグルーブが接触面からデブリを外側へ誘導します。ハブにはスクーターとスケートボードホイールから着想を得て、貫通穴とテーパードセンターリブを採用。ハブ材料にOnyxを選択したのは、より高い剛性と樹脂の微視的粗面への優れた接着性により、軽量かつ堅牢なハブを実現できるためです。

Autodesk Inventorのパラメトリック機能で、樹脂が小さなキャビティをどう流れるか評価するため、2インチフロントホイール金型を製作。

最初のテストでは、Mark Twoプリンターでシンプルな無補強ナイロン金型をプリント: 4壁、4屋根/床層、25%インフィル、0.2mm層高。精密アライメント用レジストレーションピン穴を追加。

金型への注湯

金型半分を単一ホスクランプで固定。内部では、ハブがアダプターブッシング上に着座し、センタリングと保持ナットによる底面シールを可能にします。組み立て前に、金型に離型剤をスプレー。

気泡除去のため、混合樹脂を真空ポットで脱気。Smooth-Onは最小限の閉じ込め空気を謳いますが、泡立ちが発生しました。カップ全体ではなくカップのみを脱気することで、金型変形を防ぎスムーズなトレッドを確保。

注湯は約2分。ミキシングカップを適度に傾けて連続流を維持し、樹脂が大きな気泡を形成せず均等に沈殿するようにしました。

3インチホイールと2インチホイールの初回バッチ成功後、1回の注湯で4ホイール対応の追加金型をプリントし生産拡大。1ミキシングカップで3インチ2個と2インチ2個を処理可能、これが標準バッチサイズになりました。

硬化プロセス

ReoFlex 50は緩やかな室温硬化後、65°Cで4-8時間加熱を推奨。約70°Cに設定した加熱チャンバーを使用。加速硬化で、触感で明らかにタフでレジリエントなホイールが得られました。

1週間の実験後、各ホイールサイズを数個入手。ReoFlex 50在庫切れで、さらなる投資前の性能評価のため一時停止。ルーチンは: 夜間注湯、朝方脱型、日中焼成。完成ホイールを以下に示します。

これらのホイールは現在、「30-Haul」バリアントのOverhaulに装着されています。ビルド詳細については私のウェブサイトをご覧ください。

次は？ 生産ワークフローが確立されたので、代替化合物の探求と塗装鋼床でのトラクションテストをシリーズ第2部で行います。それまで、いくつかのハードドライビングマッチの結果をお楽しみください！

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