Different Parts of A Robot: Which Plastic are Most Suitable For?

Различные части робота: какой пластик лучше всего подходит?

Чтобы решить проблему подбора материалов для различных частей робота, необходимо учитывать основные функциональные требования каждой детали (такие как износостойкость суставов, легкий корпус и низкое трение в системе трансмиссии) в сочетании с эксплуатационными характеристиками материала (такими как высокая прочность PEEK и простота обработки ПК/АБС) и затратами на коммерциализацию, чтобы достичь оптимального баланса между производительностью, весом и стоимостью. Сегодня давайте вместе с AHD выясним, какие материалы подходят для различных частей робота.

Лист AHD PEEK толщиной 1 мм

I. Соединения: «основное поле битвы» высокой износостойкости, низкого трения и легкой конструкции

Суставы — это «центры» движения робота, которым необходимо выдерживать высокочастотное возвратно-поступательное движение, постоянные нагрузки и фрикционный износ. Основные требования: высокая износостойкость, низкий коэффициент трения, легкая конструкция и стабильность размеров.

1. Предпочтительный материал: PEEK (полиэфирэфиркетон).

Соответствие характеристик: PEEK является «шестиугольным воином» среди инженерных пластиков, обладающим высокой прочностью (предел прочности ≈ 100 МПа), низким коэффициентом трения (0,15-0,25), высокой термостойкостью (длительная рабочая температура ≈ 250 ℃) и низким влагопоглощением (коэффициент водопоглощения < 0,1%), идеально удовлетворяя требованиям износостойкости и стабильности соединений.

Лист полиэфирэфиркетона AHD

2. Дополнительный материал: PEEK, армированный углеродным волокном (CF/PEEK).

Повышение производительности: для суставов, подвергающихся высоким нагрузкам (таких как тазобедренные и коленные суставы), использование ПЭЭК, армированного углеродным волокном (содержание углеродного волокна ≈ 30%), может улучшить прочность (предел прочности ≈ 120 МПа) и жесткость (модуль ≈ 10 ГПа), сохраняя при этом износостойкость ПЭЭК.

Лист AHD PEEK с углеродным наполнителем

3. Баланс затрат: ПОМ (полиоксиметилен).

Применимые сценарии: Для неосновных суставов с низкой нагрузкой (например, суставов запястья и пальцев) можно выбрать ПОМ (полиоксиметилен). ПОМ обладает высокой жесткостью (предел прочности ≈ 60 МПа), низким коэффициентом трения (0,1-0,2) и простотой обработки, а его стоимость составляет всего 1/5 стоимости ПЭЭК, что делает его пригодным для массового производства.

Лист ПОМ AHD 1 мм

II. Shell: сбалансированное решение для облегчения конструкции, защиты и эстетики

Оболочка — это «верхняя одежда» робота, требующая трех ключевых функций: легкость (уменьшение общего веса), защита (стойкость к ударам и коррозии) и эстетика (красивость и соответствие языку дизайна).

1. Предпочтительный материал: сплав ПК/АБС.

Соответствие характеристик: сплав ПК/АБС (поликарбонат + акрилонитрил-бутадиен-стирол) является «королем экономической эффективности», сочетая в себе высокую ударную вязкость ПК (ударная вязкость с надрезом ≈ 60 кДж/м²) с простотой обработки АБС (короткий цикл литья под давлением). Он также имеет низкую плотность (≈1,1 г/см³), что делает его пригодным для создания ракушек сложной формы (например, туловища и конечностей).

AHD ПК ABS лист

2. Высококлассный вариант: полимер, армированный углеродным волокном (CFRP).

Повышение производительности: для роботов высокого класса (таких как роботы-гуманоиды и медицинские роботы) требуется еще больший вес, что делает полимер, армированный углеродным волокном (CFRP), жизнеспособным вариантом. Углепластик имеет лишь половину плотности алюминиевого сплава, но в пять раз прочнее, что позволяет создать «легкую, но прочную» конструкцию корпуса.

AHD Пластиковый лист, армированный углеродным волокном

3. Повышенная защита: PPS (полифениленсульфид).

Применимые сценарии: Для роботов, работающих в суровых условиях (например, химических и подводных роботов), внешняя оболочка должна быть устойчивой к коррозии и высоким температурам. Можно выбрать PPS (полифениленсульфид). PPS обладает лучшей стойкостью к химической коррозии (устойчивостью к кислотам, щелочам и органическим растворителям), чем нержавеющая сталь, а его долговременная рабочая температура составляет около 200 ℃, что делает его пригодным для изготовления защитных корпусов (например, корпусов рычагов химических роботов).

Лист полифениленсульфида AHD

III. Система трансмиссии: «Ядро передачи мощности» — низкое трение, высокая жесткость и усталостная устойчивость.

Система трансмиссии представляет собой «силовое звено» робота, требующее эффективной передачи мощности (низкое трение), высокой жесткости (во избежание деформации) и усталостной прочности (для длительной стабильной работы). Основные требования: низкий коэффициент трения, высокая жесткость и усталостная прочность.

1. Предпочтительный материал: PEEK (полиэфирэфиркетон).

Соответствие характеристик: низкий коэффициент трения PEEK (0,15-0,25) и высокая жесткость (модуль ≈ 3,6 ГПа) делают его «идеальным материалом» для трансмиссионных систем. Например, шестерни из PEEK имеют на 50% меньшие потери на трение, чем металлические шестерни, а также обладают усталостной стойкостью, что делает их пригодными для производства прецизионных компонентов трансмиссии.

Пластиковый стержень AHD PEEK

2. Дополнительный материал: ПОМ (полиоксиметилен).

Применимые сценарии: Для систем передачи с низкой нагрузкой (например, совместных передач в коллаборативных роботах) можно выбрать ПОМ (полиоксиметилен). Низкий коэффициент трения ПОМ (0,1-0,2) и высокая жесткость (предел прочности ≈ 60 МПа) делают его пригодным для производства шестерен, подшипников и других компонентов, всего за 1/5 стоимости PEEK, что делает его пригодным для массового производства.

Лист полиоксиметилена AHD

3. Высококачественный вариант: циклоидный редуктор из PEEK.

Повышение производительности: для систем передачи с высокой нагрузкой (например, тазобедренных суставов промышленных роботов) можно использовать циклоидальные редукторы из PEEK. Циклоидальные редукторы PEEK сочетают в себе высокую точность циклоидальной передачи с легкостью PEEK, а также обладают высокой жесткостью, что делает их пригодными для изготовления высоконагруженных и ударопрочных компонентов трансмиссии (например, редукторов для тазобедренных и коленных суставов).

Полиэфирэфиркетон Стержень

V. Будущие тенденции: «интеграция» материалов и разведки

С развитием индустрии робототехники интеллектуальные материалы станут основным направлением будущего:

Самовосстанавливающиеся материалы: такие как композиты на основе полиуретана, которые могут автоматически заполнять царапины и продлевать срок службы робота;

Проводящие материалы: такие как PA, наполненный углеродными нанотрубками, в который можно встроить датчики для достижения тактильной обратной связи «на уровне кожи»;

Материалы на биологической основе: например, PEEK на биологической основе, который снижает выбросы углерода.

Подбор материалов для различных частей робота должен основываться на функциональных требованиях с учетом эксплуатационных характеристик материалов и затрат на коммерциализацию для достижения оптимального баланса «производительность-вес-стоимость». В будущем, с развитием интеллектуальных материалов и технологий 3D-печати, материалы для роботов станут легче, умнее и экологичнее, что заложит основу для коммерциализации и популяризации роботов.

Красочная трубка из углеродного волокна

March 18, 2026