Markforged: BattleBots 成功案例分享

2022-07-08

客户成功案例 : BattleBots

BattleBots 是一个精彩的节目,参加的团队自行设计、建造和操作 250 磅的遥控机器,这些机器在充满危险的舞台上战斗。 该节目于2000年开始,其影响已蔓延至全球。 每年都会举办数十场业余比赛,任何人都可以建造和对抗重量从 150 克到 250 磅不等的机器。 Markforged 于2019年赞助此节目,在现场为 29 个团队制作了 160 多个零件,所有零件都在拍摄的两周内完成。 打印机使团队能够快速修复损坏的机器人,提高他们在战斗中的表现,并实时变更他们的设计以对抗竞争对手。

这篇客座文章由麻省理工学院,机械工程毕业生、前MIT machine shop和设计讲师 Charles Guan 撰写。 他是 ABC's BattleBots 上的机器人设计者。 也是机器人和交通领域的工程顾问,由 Markforged 赞助参加 BattleBots 和其他机器人比赛。

车轮设计

轮子,有着 6,000 多年的历史,您会认为我们现在已经使它们变得完美了。 但正如我在 BattleBots Season 2 期间遇到的困难,会发现在很多方面都并非如此。 我们需要重新设计轮子并尝试错误。 我设计的Overhaul 2.0具有强大而稳定的 6 轮驱动平台,目的是利用速度优势在捕捉对手。 我根据我所知道的选择了车轮:带有热塑性弹性体 (TPE) 胎面的中等硬度工业轮,从一开始就用于机器人战斗。 将 16 马力的马达驱动过这些轮子,放入一个要在 1 秒内达到19 英里/小时的机器人是一个未知领域。

比赛前 比赛后

在竞技场上根本没有对我有利。 TPE 轮子开始分崩离析,实际上是因为通过它们的动力而融化了。 他们光滑的胎面让机器人像在冰上行驶一样滑过,结果,我的 16 马力无刷驱动马达几乎完全是浪费。 如果您观看我上个赛季与Beta的比赛,您会发现我在比赛的大部分时间都将 BattleBots 误认为是 D1 Grand Prix(飘移大赛)。

 

在 BattleBots Season 2 锦标赛结束后,我知道接下来的步骤,需要改变轮子才能将机器人的力量放在地面上。 这就是我开始研究可浇注橡胶轮子的方法。 我不介意制作一些模具,浇注材料,然后在固化所需的时间内做其他事情。 在BattleBots的第2季期间,我看到一些竞争对手(包括Beta)在现场倒出了自己的橡胶轮。

 

我对轮胎和车轮设计一无所知,也不知道成型和铸造! 幸运的是,今年夏天,我在底特律 Maker Faire 上采访了一些 Smooth-On 公司代表,并与他们详细讨论了他们对哪些产品适合制造驱动轮的想法。 Smooth-On 是一家主要面向特效、服装和道具的模具制造和铸造的公司,非工业用途。 然而,他们的经销商遍布全国,因此他们的材料很容易用于实验——距离波士顿仅 15 分钟车程。 我的任务:通过当时为 2016 年秋季比赛设计的 30 磅级比例模型制作定制车轮来学习树脂注模工作流程。

设计模具

Smooth-On向我推荐了两种具有良好抗撕裂性和抗拉强度的材料,即 Reoflex 和 Simpact 系列。 这两个材料特性很适合车轮使用,我拿到了 ReoFlex 50 样品(用于 50A 硬度,它像鞋底一样柔软)并开始设计模具和轮辐。

參考在BattleBots裡的表現之後,我非常確信車輪表面需要某種碎片清除功能。雖然我們不像汽車輪胎那樣試圖引導水或從泥土中爬出來,但競技場本身仍然有鬆散的碎屑和油漆剝落需要處理。首先,我製作了一個簡單的螺旋胎面花紋。這絕不是最佳設計 – 但我現在只想快速進入成型階段。我認為螺旋凹槽會傾向於將碎屑推到遠離接觸面的一側。如果您曾經購買過輪胎,那麼凹槽的確切方向和數量顯然仍然是一門懸而未決的科學。

我還設計了一個較小的 2 英寸版本的輪子和模具

3D 列印由 Markforged Nylon列印而成

我在 Mark Two 上使用普通的未增強尼龍印了一個測試模具。模具非常稀疏—4 層牆和 4 層屋頂和地板,只有 25% 的填充,打印在 0.2 毫米的最粗層設置上。我將定位孔建模到中間以確保對齊。

在其模具中的 3D 列印輪轂,由Markforged Onyx列印。

 

澆注模具

模具設計為使用一個束帶固定在一起。在裡面,輪轂位於一個固定軸上,以保持它在模具中的中心,這個固定軸有一個通向模具底面的孔,這樣我就可以垂直固定螺母和螺栓來密封模具的底面輪轂靠在模具上。在組裝之前,我噴塗脫模劑在模具上。

首先在真空室中對樹脂進行脫泡

脫泡完成後注入樹脂,澆注完成

完成品

我倒了一個 3 英寸的輪子和一個 2 英寸的輪子作為開始。在前兩個輪子至少穩定下來之後,是時候進行一些生產了。我列印了額外的模具,這樣我就可以一次倒入 4 個或更多的輪子,一個攪拌杯的量,適合兩個 3 英寸的輪子和兩個 2 英寸的輪子,所以這成為了標準。

 

固化過程

大多數樹脂製造商建議最初在室溫下緩慢固化,然後加熱材料以進一步加強聚合物反應。例如,Reoflex 50 的數據表說要將材料加熱到 65 攝氏度並保持 4 到 8 小時。我使用了大約攝氏 70 度的加熱:從這種熱加速固化中產生的新輪子絕對更堅固,觸感也更強。

一堆隨時可用的 Onyx 芯 50A 聚氨酯(PU)輪子。

經過一周的實驗,結果是每個尺寸的輪子都有六個左右。我用完了我的 ReoFlex 50 ,所以我確定這是一個停下來的好時機,在花更多的錢購買材料之前,確保車輪在競爭中真正發揮作用。前幾天我進入了一個很好的循環——我在晚上離開前做的最後一件事是倒模具,早上脫模,然後在一天中烘烤它們。

 

下一個是什麼?現在我已經探索了生產過程並在我面前進行了基本設計,是時候開始真正的科學了。請繼續關注本系列的第二部分,在那裡我嘗試用不同的化合物製作車輪並在塗漆的鋼地板上測試它們的抓地力。現在,這是經過幾次艱苦駕駛比賽後這些車輪的樣子!

這些到底值不值得?未完待續…

 

各式BattleBots使用Markforged製作零件照片