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3D-Druck Der erste Hydraulik-betriebene Roboter aus dem Drucker

| Redakteur: Katharina Juschkat

Roboter sind teuer und zeitaufwändig in der Herstellung. Das Massachusetts Institute of Technologie (MIT) stellt eine schnelle und kostengünstige Lösung vor, um hydraulik-betriebene Roboter in einem einzigen Schritt herzustellen: Roboter gedruckt mit dem 3D-Drucker.

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Der kleine Hexapod wird mit einem Gleichstrommotor betrieben, der Hydraulikflüssigkeit in die Beine pumpt. Bis auf den Motor stammen alle Teile aus einem einzigen Druckvorgang.
Der kleine Hexapod wird mit einem Gleichstrommotor betrieben, der Hydraulikflüssigkeit in die Beine pumpt. Bis auf den Motor stammen alle Teile aus einem einzigen Druckvorgang.
(Bild: Robert MacCurdy/MIT CSAIL)

In einer Abhandlung stellen Forscher des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) am MIT jetzt erstmalig eine Technologie für 3D-Drucker vor, bei der sowohl flüssiges als auch festes Material zusammen gedruckt werden kann. Mit dieser Technologie soll es möglich sein, in einem einzigen Schritt einen Roboter zu drucken, ohne in Nacharbeit weitere Teile montieren zu müssen.

Roboter in einem Druckvorgang herstellen

„Druckbare Hydraulik“ nennen die Forscher ihre Methode, die mit einem gängigen 3D-Drucker möglich sein soll. „Unsere Lösung bringt uns einen Schritt näher an die schnelle Herstellung von funktionalen Maschinen“, so CSAIL-Director Daniela Rus, der das Projekt betreute und die Abhandlung mitverfasste. „Man muss nur noch einen Akku und einen Motor in den Roboter bauen, dann kann der Roboter praktisch aus dem Drucker laufen.“

Um ihre Methode zu demonstrieren, druckten die Forscher einen kleinen, sechsbeinigen Roboter, der mithilfe von 12 hydraulischen Pumpen, die in seinen Körper integriert sind, laufen kann.

Obwohl der 3D-Druck beachtliche Fortschritte in den letzten Jahren verzeichnete, bleiben Flüssigkeiten als Material ein großes Problem. Mit flüssigen Materialien zu drucken ist ein aufwändiger Prozess – die meisten Vorgänge müssen nachbearbeitet werden, indem man Stützstrukturen wieder wegschmelzt oder von Hand entfernen muss. Deshalb setzen sich diese Druckmethoden in industriellen Anwendungen kaum durch.

„Druckbare Hydraulik“ ermöglicht einfaches Drucken mit Flüssigkeiten

Bei der „druckbaren Hydraulik“ platziert eine Art Tintenstrahldrucker einzelne Tröpfchen des Materials, die 20 bis 30 µm Durchmesser haben. Damit sind sie etwa halb so dick wie ein menschliches Haar. Schicht für Schicht setzt der Drucker diesen Vorgang fort. Für jede Schicht verwendet der Drucker unterschiedliches Material zu unterschiedlichen Teilen, dann festigt er das Material – bis auf die flüssigen Teile – mit hochintensivem UV Licht.

„Der Druckvorgang gibt uns genaue Kontrolle darüber, wie das Material platziert wird. Das ermöglicht es uns, komplexe Kanäle zu drucken, die schon mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind“, sagt Robert MacCurdy, Mitverfasser der Abhandlung. Eine weitere Herausforderung bei dem Druck mit Flüssigkeiten ist, dass die flüssigen Materialien häufig störend auf die Tröpfchen einwirken, die fest werden sollen. Um mit diesem Problem fertig zu werden, druckte das Team zahlreiche verschiedene Testgeometrien, um die richtige Auflösung herauszufinden, damit flüssige und feste Materialien verbunden werden können.

Ein kleiner hexapoder Roboter, der etwa 700 g schwer ist und ca. 15 cm Länge misst, soll zeigen, dass die Methode der Forscher funktioniert. Eine von einem Gleichstrommotor angetriebene Welle pumpt die Hydraulikflüssigkeit in die Beine des Roboters – so können sich diese bewegen. Bis auf den Motor und die Energiequelle sind alle Komponenten in einem einzigen Schritt mit dem 3D-Drucker gedruckt worden.

Die „druckbare Hydraulik“ ermöglicht eine anpassbare Designvorlage, aus der man Roboter von ganz unterschiedlicher Größe, Form und Funktion erstellen kann. „Wenn man einen kriechenden Roboter drucken möchte, der über ein großes Hindernis steigen soll, kann man das Design innerhalb weniger Minuten daran anpassen“, sagt MacCurdy.

Druckvorgang wird noch schneller werden

Nach dem ersten gedruckten hydraulikbetriebenen Roboter will das Team seine Arbeit weiterentwickeln. Während die Druckzeit des Hexapoden mit 22 Stunden relativ kurz für die Komplexität des Roboters ist, erwarten die Forscher, dass mit fortgeschrittener Hardware der Druckvorgang noch weiter beschleunigt werden kann.

„Um den Prozess zu beschleunigen, muss vor allem der 3D-Druck schneller werden – von unserer Technik hängt das nicht weiter ab.“ sagt Rus. „Wenn sich die Drucker verbessern, verbessert sich auch unsere Methode. Roboter zu bauen muss nicht so zeitaufwändig und arbeitsintensiv bleiben wie bisher.“ Die National Science Foundation unterstützte die Arbeit zum Teil. (kj)

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