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新时代下的碳纤维机械臂,对智能制造的发展有什么影响?
发表于:2020-04-30 08:37 分享至:

江苏博实科技:一直以来,“轻量化”作为碳纤维复合材料鲜明的应用标签,伴随着智能制造行业在全球经济中开始占据主导地位,碳纤维作为新兴的纤维材料,为工业机器人性能的优化带来更多的发展空间。尤其是碳纤维机械臂的应用,更是直接促进了工业机器人的制造和应用成本的减少。

江苏博实碳纤维是国内一家专注碳纤维领域的企业,为多家研究院和企业提供过定制研发碳纤维机械臂产品。根据博实碳纤维的负责人介绍,从一般的三轴、四轴、直角坐标类机器人到多关节类机器人,从机械连杆、臂管到机械关节,使用碳纤维复合材料制作机器人零部件的比例越大越高,工业机器人对高强度轻质化材料的需求与汽车制造产业同样强烈。

作为一个运动性部件,机械臂原材料决定了机械臂的静态、动态功能。传统机械臂多是采用铝合金、合金钢等轻型合金作为原材料,但碳纤维材料制成的机械臂,无论是比重、蠕变、强度,包括成本等多方面要素进行比较,碳纤维机械臂都占据了相当多的优势。

机械臂的自重会影响其自身的运动快捷性和运动的动力消耗能,同时还需要具有良好的受控性和运行精确度,毕竟机械臂不仅要承担自重,还需要承担抓取工件的重量。传统机械臂的制作材料-铝的密度为2.7g/cm3,钢的密度为7.8g/cm3,而碳纤维仅有1.7g/cm3,博实曾为某企业研制一款碳纤维机械手臂,整体机械臂总重仅有3kg,整体重量比传统材质机械臂减重约50%以上。

其次,机械手臂在承受载荷时,不能有断裂和应变,也就是说用来制作机械手臂的材料要有足够的强度,必须选择“高强度的材料”。传统的金属材料由于自身的刚性不够就会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形或是水平面内侧向的扭转变形,手臂就会随之产生振动,甚至是造成工件卡死。碳纤维复合材料的抗拉强度约为1400MPa,是钢材的数倍,在弹性模量和承载能力方面都比传统的金属材料更具优势,对高强度的操作频率有适应能力。

另外,从经济的角度方面来取舍的话,看似碳纤维原材料比铝合金要贵很多,但是在具体应用中,从原材料到成型,这其中的加工成本所占的成本比例更大。但经过众多材料人的努力,已经将碳纤维机械臂与传统铝合金材质机械臂之间的价格差距拉近。江苏博实碳纤维的技术人员也针对碳纤维机械臂产品进行优化升级,目前几乎可以把两者之间的价格差缩减到相差无几。