Titan strávil většinu svého průmyslového života v místech, kde záleží na materiálovém výkonu více než na materiálových nákladech. Konstrukce letadel, součásti motorů a lékařské implantáty všechny spoléhají na titan ze stejných základních důvodů: nízká hustota, vysoká pevnost a vynikající odolnost proti korozi.
Tento soubor požadavků je něco, co titan již viděl. Konstrukční díly v robotu vidí opakované zatížení. V průběhu času musí přesně držet pozici. A musí zůstat lehké. Titan splňuje tento soubor požadavků stejně přirozeně jako drak letadla.
To jsou podmínky, pro které byl titan vyvinut.
Humanoidní robot může zvenčí vypadat jako elektronický produkt, ale jeho mechanická struktura určuje většinu jeho-schopností ve skutečném světě. Rámy, podpěry kloubů, spojovací díly a kryty pohonů jsou během provozu vystaveny neustálému pohybu. Každý krok, dosah a zkroucení zatěžuje strukturu-stres, který se časem hromadí.
Proto je výběr konstrukčního materiálu obzvláště důležitý.
Proč titan přitahuje pozornost v robotických strukturách
O redukci hmotnosti se v mobilních systémech neustále mluví, a to z dobrého důvodu. Protlačte těžší konstrukci cyklem chůze a potřebujete větší výkon z motorů, větší kapacitu z baterií, větší točivý moment z kloubů. Ocel má sílu a dostupnost,-která ji udrží všude. Hliník šetří hmotnost, a proto je oblíbený. Ale když potřebujete všechny tři-nízkou hmotnost, vysokou pevnost a odolnost proti únavě-, seznam kandidátů bude krátký.
Titan má hustotu asi šedesát procent oceli. Pevnost se blíží mnoha-vysokopevnostním ocelím. Tato kombinace vám umožní snížit hmotnost součásti bez ztráty mechanického výkonu. Spoje, podpěry, pohyblivé spoje-části, které se opakovaně zatěžují,-z toho přímo těží.
Odřízněte hmotu z jedné části a zbytek systému to cítí. Menší setrvačnost znamená menší sílu pro zrychlení a zpomalení. Motory odebírají méně proudu. Převodovky běží s menší námahou. Proveďte stejného robota tisíci pohybových cyklů a tyto malé-úspory na cyklus začnou přispívat-k vyšší účinnosti a delší životnosti součástí.
Návrhářské nástroje překonaly éru jednoduchých obráběných tvarů. Moderní simulační software mapuje dráhy zatížení skrz součást. Můžete vidět, kam síly vstupují a kde vystupují. To vám říká, kde materiál uchovávat a kde jej můžete odříznout.
Poměr síly-k-hmotnosti titanu mění, co můžete dělat s geometrií. Můžete spustit tenčí stěny, otevřít duté profily, tvarovat tvary, které by nefungovaly v hliníku nebo oceli,-a přesto máte část, která zůstane pevná.
Pro robotické aplikace lze tento přístup použít v konstrukčních rámech, kloubových součástech, podpěrách pohonů a dalších přesných dílech, kde je třeba vyvážit hmotnost a pevnost.
Výrobní technologie rozšiřuje aplikace titanu
Technické výhody titanu nebyly nikdy zpochybňovány. Bariéra byla vždy zpracovávána. Porovnejte to s ocelí nebo hliníkem a rozdíl je jasný. Titan je na řezné hraně žhavější. Nástroje se rychleji opotřebovávají. Výroba se pohybuje pomaleji.
To se však mění. Aditivní výroba otevřela nové způsoby výroby titanových součástí s vnitřními strukturami, které by obrábění nikdy nemohlo vytvořit-příhradové konstrukce, integrované podpěry, díly, které kombinují funkce, které dříve vyžadovaly montáž. Robotické aplikace vyžadují kompaktní design, který stále vydrží i při zatížení. Aditivní výroba s titanem vás přiblíží ke splnění obou těchto požadavků najednou.
Pro menší přesné díly nabízí Metal Injection Molding jinou cestu vpřed. Když se výrobní série zvětší a rozměry musí zůstat konzistentní od dílu k dílu, MIM začne dávat větší smysl než obrábění každého kusu.
Roboti končí v aplikacích, kde běží ve dne v noci, týden co týden. Mechanická struktura vykazuje nepřetržité zatížení. Teplotní výkyvy. Vlhkost. Špína.
Titan tyto podmínky dobře zvládá. Povrchová vrstva, která se přirozeně tvoří na vzduchu, je stabilní. Poškodí povrch a oxidová vrstva se sama zreformuje. Žádné nátěry. Žádné úpravy-.
Letecký a lékařský průmysl na to spoléhá již léta-aplikací, kde si nemůžete dovolit selhání koroze. Stejné starosti mají roboti v továrnách, skladech nebo venkovních areálech.
Důležitý je také výkon při únavě. Kloub u chodícího robota vidí stres pokaždé, když noha dopadne. Během životnosti stroje to znamená miliony cyklů. Titan to zvládá.
Nikdo neočekává, že se titan stane výchozím materiálem pro každou část humanoidního robota. Ocel a hliník se budou používat tam, kde to dávají smysl,-cena, vyrobitelnost a specifické požadavky na výkon. Ale pro určité komponenty nabízí titan kombinaci vlastností, kterým se jiné materiály nevyrovnají.
Existují aplikace, kde je třeba řešit společně nízkou hmotnost, vysokou pevnost a odolnost. V těchto případech poskytuje titan inženýrům možnost, kterou jiné materiály neposkytují. Humanoidní robotika dává titanu novou arénu. Vzhledem k tomu, že návrhy jsou stále sofistikovanější a výroba se neustále zlepšuje, titan si najde cestu do strukturálnějších a přesnějších rolí.
Nejde o to, že by titan převzal. Jde o to, aby se titan objevil na správných místech.
