Herstellung eines hochpräzisen Aluminium-Gelenkgehäuses für humanoide Roboter

Hinweise:

Wir haben mit allen unseren Kunden Vertraulichkeitsvereinbarungen unterzeichnet. Die Produkthüllen, die Sie auf unserer Website sehen, werden entweder mit Genehmigung des Kunden angezeigt oder mithilfe von KI-Technologie erstellt, um den Herstellungsprozess zu Demonstrationszwecken zu simulieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Kerndaten und vertraulichen Informationen unserer Kunden vollständig geschützt bleiben.

Kundenanforderungen und technische Herausforderungen

Entwicklung einer leichten Struktur ohne Kompromisse bei der Festigkeit

Humanoide Roboterkomponenten erfordern eine strenge Kontrolle über Gewicht, Festigkeit und Maßhaltigkeit.

Der Kunde benötigte ein kompaktes Gelenkgehäuse, das:

• Reduzieren Sie das Gesamtgewicht des Roboters

• Sorgen Sie für eine ausreichende strukturelle Steifigkeit

• Stellen Sie genaue Lager- und Montageschnittstellen bereit

• Unterstützen Sie eine zuverlässige Montageleistung

Vor der Produktion mussten jedoch mehrere Fertigungsherausforderungen gelöst werden.

Komplexe Innengeometrie und Leichtbau

Das ursprüngliche CAD-Modell enthielt komplexe interne Strukturen, die darauf abzielten, das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die mechanische Festigkeit beizubehalten.

Diese inneren Hohlräume bereiteten der herkömmlichen CNC-Bearbeitung Schwierigkeiten, da viele Bereiche mit Standard-Schneidwerkzeugen nur schwer oder gar nicht zugänglich waren.

Herausforderung bei der Herstellung:

• Eingeschränkte Werkzeugzugänglichkeit

• Komplexe Innenflächen

• Reduzierte Bearbeitungssteifigkeit

• Höheres Risiko von Materialverschwendung

Technische Lösung:

Dawang Precision bewertete das Design und empfahl einen hybriden Herstellungsprozess.

Die komplexe Leichtbaustruktur wurde durch additive SLM-Metallfertigung hergestellt, während kritische Präzisionsbereiche durch CNC-Bearbeitung fertiggestellt wurden.

Erreichen präziser Montageschnittstellen

Obwohl die additive Fertigung eine hervorragende geometrische Flexibilität bietet, erfordern Roboterkomponenten immer noch äußerst genaue Funktionsoberflächen.

Zu den kritischen Bereichen gehörten:

• Lagermontagesitze

• Verbindungsschnittstellen

• Präzise Positionierungslöcher

• Referenzflächen für Baugruppen

Diese Funktionen wirken sich direkt auf Folgendes aus:

• Genauigkeit der Gelenkbewegung

• Mechanische Stabilität

• Langfristige Zuverlässigkeit

Technische Lösung:

Für die Endbearbeitung aller Funktionsflächen kam eine 5-Achsen-CNC-Bearbeitung zum Einsatz.

Dies ermöglichte eine präzise Steuerung von:

• Positionsgenauigkeit

• Oberflächenbeschaffenheit

• Dimensionskonsistenz

Endgültige Bearbeitungsgenauigkeit erreicht:

±0,01 mm

Fertigungseffizienz und Leistung in Einklang bringen

Eine vollständig CNC-bearbeitete Lösung würde einen erheblichen Materialabtrag und komplexe Mehrwinkeleinstellungen erfordern.

Eine vollständig 3D-gedruckte Lösung könnte eine komplexe Geometrie erreichen, könnte jedoch nicht alle Präzisionsanforderungen erfüllen.

Nach der technischen Bewertung bot der Hybridansatz die beste Balance:

Endgültige Lösung:

SLM-Druck + 5-Achsen-CNC-Bearbeitung

Designanalyse und Fertigungsstrategie

Vom CAD-Modell bis zum endgültigen Herstellungsprozess

Vor der Produktion überprüfte das Ingenieurteam das 3D-CAD-Modell und entwickelte eine vollständige Fertigungsstrategie.

Die Analyse konzentrierte sich auf:

• Zugänglichkeit zur Bearbeitung

• Kritische Toleranzanforderungen

• Vorrichtungsdesign

• Werkzeugwegplanung

• Inspektionsanforderungen

Schritt 1 CAD-Überprüfung und DFM-Analyse

Das Ingenieurteam analysierte den ursprünglichen CAD-Entwurf, um potenzielle Herstellungsrisiken zu identifizieren.

Zu den wichtigsten Bewertungspunkten gehörten:

Wandstärke

Sicherstellen, dass die Leichtbaustruktur ausreichend Festigkeit behält.

Zugänglichkeit bei der Bearbeitung

Prüfen, ob Schneidwerkzeuge kritische Bereiche erreichen können.

Kritische Dimensionen

Identifizieren von Oberflächen, die eine präzise Bearbeitung und Inspektion erfordern.

Vorgeschlagenes Bild:

Screenshot des CAD-Modells mit Anmerkungen:

• Innenhohlraum

• Lagersitz

• Montageschnittstelle

• Bearbeitungsbereich

Schritt 2 Hybride Fertigungsplanung

Basierend auf den Designanforderungen wurde das Bauteil in zwei Fertigungsstufen unterteilt.

Phase der additiven Fertigung

Verwendet für:

• Komplexe interne Strukturen

• Leichte Geometrie

• Endkonturnahe Produktion

CNC-Bearbeitungsstufe

Verwendet für:

• Präzise Montageflächen

• Lagersitze

• Gewindelöcher

• Montageschnittstellen

Dieser Ansatz reduzierte die Bearbeitungsschwierigkeiten und sorgte gleichzeitig für eine hohe Genauigkeit.

Herstellungsprozess

Schritt-für-Schritt-Produktionsablauf

1. SLM-Metalladditive Fertigung

Die erste Bauteilstruktur wurde mit der Selective Laser Melting (SLM)-Technologie hergestellt.

Dieser Prozess ermöglichte die Schaffung komplexer Leichtbaugeometrien, die mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden nur schwer herzustellen wären.

Hauptvorteile:

• Reduzierter Materialabfall

• Verbesserte Designflexibilität

• Geeignet für komplexe Roboterstrukturen

Bild erforderlich:

Metallpulverbett-Fusionsdruckverfahren.

2. CNC-Bearbeitung von Präzisionsmerkmalen

Nach der additiven Fertigung wurde das Bauteil einer präzisen CNC-Bearbeitung unterzogen.

Zur Fertigstellung kritischer Funktionsflächen kam ein 5-Achsen-Bearbeitungszentrum zum Einsatz.

Zu den bearbeiteten Merkmalen gehören:

• Lagermontagebereiche

• Präzisionslöcher

• Verbindungsflächen

• Ausrichtungsfunktionen

Vorteile der 5-Achs-Bearbeitung:

• Reduzierte Setups

• Bessere Oberflächenkonsistenz

• Verbesserte Positionsgenauigkeit

Bild erforderlich:

5-Achsen-CNC-Maschine zur Bearbeitung des Aluminium-Robotergehäuses.

3. Oberflächenveredelung

Nach der Bearbeitung erhielt das Bauteil eine Oberflächenbehandlung nach Kundenwunsch.

Verfahren:

• Entgraten

• Oberflächenvorbereitung

• Perlenstrahlen

• Eloxieren

Das endgültige Finish wurde verbessert:

• Oberflächenerscheinung

• Korrosionsbeständigkeit

• Haltbarkeit des Produkts

Bild erforderlich:

Fertige Roboterkomponente aus Aluminium.

4. Präzisionsinspektion

Vor der Auslieferung wurde jedes kritische Maß mit professioneller Prüfausrüstung überprüft.

Zu den Inspektionsmethoden gehörten:

Fertigungsergebnisse

Bereitstellung einer zuverlässigen Roboterkomponentenlösung

Durch die Kombination von additiver Fertigung und präziser CNC-Bearbeitung wurde für das endgültige Gelenkgehäuse des humanoiden Roboters Folgendes erreicht:

Leichte Struktur

Durch die optimierte Geometrie wurde unnötiges Material reduziert und gleichzeitig die mechanische Leistung beibehalten.

Präzise Montageleistung

Kritische Schnittstellen erreichten eine Genauigkeit von ±0,01 mm für eine zuverlässige Robotermontage.

Fertigungsflexibilität

Der Hybridprozess ermöglichte die schnelle Entwicklung komplexer Roboterprototypen ohne Einbußen bei der Präzision.

Warum die hybride SLM- und CNC-Bearbeitung die richtige Wahl war

Kann der Metall-3D-Druck die CNC-Bearbeitung von Roboterteilen ersetzen?

Für komplexe Roboterkomponenten sind additive Fertigung und CNC-Bearbeitung eher komplementäre Technologien als Alternativen.

Der Metall-3D-Druck ist ideal für:

• Komplexe Geometrie

• Leichte Strukturen

• Prototypenentwicklung

Die CNC-Bearbeitung bleibt unverzichtbar für:

• Präzise Schnittstellen

• Enge Toleranzen

• Funktionelle Montageflächen

Die Kombination bietet Ingenieuren eine größere Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Fertigungsgenauigkeit.

Qualitätskontrolle für Roboterkomponenten

Präzisionsroboterteile erfordern während des gesamten Herstellungsprozesses eine strenge Qualitätskontrolle.

Dawang Precision wendet Inspektionsmethoden an, darunter:

• Überprüfung der CAD-Zeichnung

• In-Prozess-Messung

• KMG-Inspektion

• Abschließende Maßüberprüfung

Dadurch wird sichergestellt, dass jede Komponente vor der Auslieferung die erforderlichen Spezifikationen erfüllt.

Häufig gestellte Fragen

Warum wurde für dieses Robotergehäuse SLM mit CNC-Bearbeitung kombiniert?

Die SLM-Fertigung ermöglicht komplexe Leichtbaustrukturen, während die CNC-Bearbeitung die für Montageschnittstellen erforderliche Präzision liefert. Die Kombination beider Technologien liefert eine bessere Leistung als jeder Prozess allein.

Welche Toleranz kann für humanoide Roboterteile erreicht werden?

Bei der präzisen CNC-Bearbeitung können je nach Material, Geometrie und Designanforderungen enge Toleranzen erreicht werden. Für dieses Projekt erreichten die kritischen Abmessungen ±0,01 mm.

Können Sie maßgeschneiderte humanoide Roboterkomponenten aus CAD-Dateien herstellen?

Ja. Entwicklungsteams können CAD-Modelle bewerten, Herstellungsprozesse optimieren und Prototypen oder Roboterkomponenten in kleinen Stückzahlen auf der Grundlage von Kundenanforderungen herstellen.

Welche Materialien eignen sich für Roboterstrukturbauteile?

Zu den gängigen Materialien gehören Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und rostfreie Stähle. Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner guten Bearbeitbarkeit wird Aluminium häufig für Robotergehäuse ausgewählt.

Abschließende Zusammenfassung

Dieses Gelenkgehäuseprojekt für humanoide Roboter zeigt, wie fortschrittliche Fertigungstechnologien zusammenarbeiten können, um komplexe technische Herausforderungen zu lösen.

Durch die Kombination von additiver SLM-Fertigung, 5-Achsen-CNC-Bearbeitung und Präzisionsprüfung stellte Dawang Precision eine zuverlässige Fertigungslösung für Roboterkomponenten der nächsten Generation bereit.