[Materiały] Materiały do budowy robotów.

[matti007]

Celem artykułu jest przybliżenie specyfiki materiałów stosowanych do budowy robotów. Znajdziecie tu charakterystykę plexiglassu, balsy, laminatu oraz aluminium. Również przybliżę w jaki sposób można je ze sobą łączyć, ciąć i formować oraz obrabiać aby tak aby tworzyło to estetyczną i funkcjonalną całość.

Po pierwsze musimy zadać sobie pytanie co chcemy stworzyć? Czy nasz robot będzie line followerem, sumo, manipulatorem bądź zaliczanym do kategorii wielozadaniowe czy inne. Wybrany przez nas materiał do konstrukcji musi podołać wymaganiom jakie będziemy stawiać robotowi. Czy ma być szybki, odporny na uderzenia i warunki środowiskowe, a może wystarczy mu niewielka prędkość kosztem mocnego pancerza. Gdy już odpowiemy sobie na to pytanie skierujmy się do naszego portfela, określmy budżet i poświęćmy chwilę czasu na wybór odpowiedniego materiału do budowy konstrukcji, których nie brakuje w sklepach bądź w przydomowych warsztatach.

2. Plexiglass, plexi

Z chemicznego punktu widzenia polimetakrylan metylu jest sztywnym, transparentnym materiałem termoplastycznym. Naturalnie bezbarwny o wyjątkowej przezroczystości, o doskonałej odporności na promieniowanie UV i warunki zewnętrzne, może być barwiony w celu uzyskania szerokiego zakresu odcieni i kolorów. Występuje w formie wylewanych i wytłaczanych płyt, granulatu, rur i prętów. Dostępny w każdym sklepie budowlanym jak i w sklepach internetowych. Jego niska cena przyciąga wielu zwolenników. Dostępne na rynku są płyty o różnych wymiarach i grubości, w zależności od potrzeb konstrukcji dobieramy je indywidualnie, jednak nie należy przesadzać z grubością płyty.

Z plexi w łatwy sposób można otrzymać elementy konstrukcji o dość nietypowych kształtach. Z łatwością daje się obrabiać. Wystarczy modelarska wiertarka z nasadką do cięcia, bądź wyrzynarka aby wyciąć element, następnie można obrobić ją pilnikiem lub papierem ściernym, trzeba jednak uważać aby nie przesadzić z grubością papieru, ponieważ zostawia trudne do usunięcia rysy, najlepsze zostają papiery o drobnej ziarnistości.

Na przezroczystą plexi łatwo nanieść kształt elementy, wystarczy zaprojektowany element wydrukować i odbić na plexi przerysowując go pisakiem lub wyciąć i przykleić taśma lub klejem biurowym. Posiadając wszystkie elementy należałoby je w jakiś sposób połączyć. I tu też mamy kilka możliwości do wyboru. Najlepiej byłoby użyć kleju, lecz te typu kropelka czy super glue zostawiają nieestetyczne ślady na łączeniach spowodowane procesem utleniania. Oczywiście dostępne są w sklepach specjalne kleje do plexi, jednak ich minusem jest wysoka cena. Osobiście polecam klej własnej produkcji, który bije na twarz te firmowe. Otóż przepis jest prosty, do słoiczka wsypujemy ścinki plexi powstałe w wyniku wiercenia w niej otworów, najlepiej dużą ilość, drobne ścinki plexi, jednak pozbawione zabrudzeń i to wszystko zalewamy rozpuszczalnikiem nitro w ilości przykrywającej dno. Im mniejsze ścinki wrzucimy tym szybciej rozpuszczalnik je rozpuści. Gęstość roztworu regulujemy ilością rozpuszczalnika, najlepiej aby był w miarę gęsty, ale tak aby łatwo przepływał po słoiku czy innym naczyniu. Po nałożeniu i wyschnięciu kleju otrzymujemy bezbarwne łączenie nie pozostawiających nieestetycznych śladów. Możemy również połączyć elementy klejem na gorąco. Jednak ich wygląd nie do końca może budzić zadowolenie. Winą za to jest kolor wystygniętego kleju, jak i rozlane i ciągnące się „gluty” po nałożeniu kleju.

Jednak w sytuacjach, gdy zamierzamy narzucić kolor na plexi, klej na gorąco sprawdza się jako łączenie. Przydatny jest również wtedy, gdy musimy coś zatopić w grubej tafli plexi, np. łożysko.

Trwale łączy ze sobą dwa różne materiały i pozostaje nie do zdarcia w czasie eksploatacji. No i oczywiście zawsze pozostaje nam opcja użycia wiertarki i kątowników oraz małej średnicy śrub. Sprawdza się to w przypadkach grubej plexi oraz w miejscach niewidocznych. Należy tu jednak uważać na docisk śruby, może to spowodować uszkodzenie, które w czasie eksploatacji negatywnie wpływa na konstrukcję osłabiając jej właściwości fizyczne (pęknięcia, uszczerbienia, itp.).

Na samym końcu aby uatrakcyjnić robota możemy posłużyć się lakierem w sprayu, najlepiej emalią uniwersalna dostępną w sklepach z lakierami, artykułami samochodowymi czy zamawiając przez Internet.

Podsumowując: plexi jest materiałem przydatnym przy budowie robotów, które maja wyglądać i nie są narażone na uszkodzenia mechaniczne, uderzenia, zarysowania. Przy niewielkich rozmiarach elementów materiał ten jest odporny na naprężenia, łatwo się go obrabia i wytwarza z niego estetyczne konstrukcje.

3. Balsa

Jest to kolejny materiał, którym można się posłużyć przy budowie robota. Używany jest głównie przez modelarzy przy budowie modeli czołgów, samolotów i innych pojazdów. Nie stoi nic jednak, aby użyć go do naszej konstrukcji. Najogólniej mówiąc jest to bardzo lekkie drewno. Dostępne w najczęściej w formie desek o wymiarach 1000 x 100 mm i grubości 0,6 mm do 30 mm bądź zależnej od producenta, u którego się zaopatrujemy. Cena jednej sztuki waha się od około 8zł za najcieńszą do 30 zł za deskę o grubości 30mm.

Jest to materiał odporny na zarysowania, a połączony w całą konstrukcję bardzo wytrzymały oraz lekki pomimo dużych gabarytów. Z łatwością daje się z niego wycinać elementy, nawet te najdrobniejsze. Z racji, że jest to drewno z łatwością się je obrabia, wygładza nierówności i zacięcia nawet drobnym pilnikiem i papierem ściernym, nie wspominając o tych narzędziach profesjonalnych, szlifierkach i różnych nasadkach do wiertarek modelarskich.

Jeżeli chodzi o łączenie to zostaje tu już znacznie mniejszy wybór, a praktycznie go brak. Należałoby użyć tutaj kleju do drewna. Do wzmocnienia konstrukcji używa się również drewnianych a dokładnie sosnowych listewek modelarskich, kątowników, profili o przekroju kwadratowym, profili węglowych bądź płaskowników. Na koniec należałoby nadać określonych barw całej konstrukcji. Do tego celu posłużą nam farby dostępne w sklepach modelarskich, zwykle lakiery do drewna lub wcześniej wspomniana uniwersalna emalia w sprayu.

Podsumowując: balsa idealnie nadaje się do większych konstrukcji, gdzie występują duże naprężenia lub praca robota w nietypowym terenie. Dużym plusem jest mała waga materiału przy dużej powierzchni. Przy odpowiednim wykończeniu powstają estetyczne konstrukcje spełniające wymagania konstruktora.

4. Laminat

Jest to rodzaj kompozytów: tworzywa powstające z połączenia dwóch materiałów o różnych właściwościach mechanicznych, fizycznych i technologicznych, w których składnik wzmacniający jest układany w postaci warstw. Rozpatrywanym i najczęściej stosowanym jest laminat do używany do wyrobu płytek z obwodami drukowanymi, czyli laminat szklano-epoksydowy. Dostępne na rynku w wersji jednostronnej i dwustronnej oraz laminat bez miedzi. Dostępny w formie płytek, rur, prętów i arkuszy. Wykonywany jest on z tkaniny z włókna szklanego spojonej żywicą epoksydową, pokrywa się jednostronnie, lub z obu stron warstwą miedzi np. 18, 35 lub 70 mikrometrów. Jego główną i najbardziej znaczącą zaletą jest wysoka wytrzymałość mechaniczna i twardość powierzchni. Jednak swoje zalety uzyskuje za cenę swojej wagi, w porównaniu z balsa jest znacznie cięższy. Jest to materiał, który daje się w dosyć łatwy sposób formować. Naniesienie szkicu np. pisakiem danego elementu na laminat ułatwia wycięcie go za pomocą prostych narzędzi. Można posłużyć się tu piłką do metalu bądź wyrzynarką. Ostre brzegi i nierówności z łatwością dają się szlifować papierem ściernym bądź pilnikiem. Przy łączeniu elementów mamy do dyspozycji użycie już wcześniej opisanego sposobu z użyciem kątowników i śrub, lecz w tym przypadku bardziej skuteczne i efektowne jest łączenie poprzez lutowanie cyną. Odpowiednio przygotowane elementy łączymy np. za pomocą lutownicy kolbowej i cyny. W efekcie otrzymamy połączenie przypominające spaw.

Po oczyszczeniu lutu za pomocą rozpuszczalnika nitro z zabrudzeń i po połączeniu wszystkich elementów nie będziemy mieć problemów z nałożeniem lakiery na powierzchnię konstrukcji.

W niektórych przypadkach przydatny jest laminat bez miedzi. Możemy kupić już gotowe arkusze, bądź wytrawić całą płytkę. W efekcie otrzymamy materiał, który nada się np. do zrobienie chwytaka do naszego manipulatora. Możemy wtedy posłużyć się już tylko śrubami jako łącznika elementów lub ciekawym rozwiązaniem byłoby zastosowanie nitów i tulejek. Oczywiście całą konstrukcję można pokryć lakierem dla estetycznego wyglądu.

Obecnie, na naszym rynku pojawia się coraz więcej firm, które oferują wyrób na bazie projektu gotowych płytek z obwodami. Coraz więcej konstruktorów wykorzystuje to. Mając do dyspozycji wysokiej klasy maszyny, gdzie precyzja sięga ideału tworzą układy, które są od razu w większej części konstrukcją robota. Dodając silniki, kółka oraz kilka dodatkowych elementów konstrukcyjnych otrzymują niezwykle lekkie konstrukcje, w granicach 300 gram, osiągające zawrotne prędkości podczas jazdy. Konstrukcje te nie potrzebują dodatkowych łączeń, gdyż składają się z dwóch do trzech elementów konstrukcyjnych, gdzie łączenie odbywa się czasami za pomocą kilku śrubek, w większości przypadków stanowią one jedną płytę laminatu.

5. Aluminium

Powstaje poprzez stopienie Aluminium, a właściwie Glinu, z różnymi metalami, uzyskując w ten sposób określone cechy aluminium. Jest bardzo odporne na korozję. Dodatkowo aluminium charakteryzuje się bardzo dobrym współczynnikiem wytrzymałości do ciężaru, znacznie lepszym niż stal. Aluminium jako, iż posiada odpowiednią wytrzymałość, jest przy tym lekkie i nadaje się do obróbki za pomocą prostych narzędzi, problem pojawia się wtedy gdy chcemy wyciąć element. W większości przypadków konstruktorzy decydują się na wycięcie laserem danych elementów konstrukcyjnych. Połączenie elementów tez nie jest do końca tak łatwe jak w powyższych przypadkach. Najmniej kłopotliwym rozwiązaniem jest użycie śrub, kątowników i innych elementów wspierających konstrukcję. Można również zakupić klej do łączenia aluminiowych elementów, lecz jest to spory wydatek. Lecz żeby nie utrudniać sobie zbytnio sprawy, należałoby zastosować połączenie lutowane. Należy tu użyć palnika i ogólnie dostępnego stopu, w celu uzyskania połączenia znacznie trwalszego i mocniejszego niż klejone.

Aluminium wykorzystywane jest w większości w konstrukcjach robotów kroczących. Nie występuje tam dużo połączeń elementów aluminiowych ze sobą bezpośrednio. Nadaje się również do konstrukcji chwytaków. Sprawdza się tu jego wytrzymałość i mała waga.

6.Zakończenie

Przedstawione powyżej materiały stosowane w robotyce, są najczęściej spotykanymi. To wszystko zależy od konstruktora i specyfiki robota. Nie koniecznie cała konstrukcja musi być wykonana z jednego materiały. Można je łączyć i tworzyć efektowne roboty. Należy się również wykazywać pomysłowością i wyobraźnią przy wyrobie poszczególnych elementów.

[Luuke]

Dzięki za artykuł! 🙂

Akurat jestem na etapie wyboru materiału na obudowę robota na pracę inżynierską.

Chciałem wybierać między aluminium i jakimś tworzywem sztucznym (dokładniej niesprecyzowanym), ale teraz wybór już będzie między aluminium i plexi 🙂

[Maxo]

Mało Kto klei balsę klejami do drewna... w modelarstwie stosuje się kleje Cyjanoakrylowe, różne rodzaje żywic i tym podobne. Balsa jest dość delikatna, więc zwykłe łączenie klejem do drewna długo nie wytrzyma, i przy niewielkiej nawet ilości wilgoci poprostu się rozklei...

[BlackJack]

A to zależy jaki klej do drewna. Jest coś takiego jak klej wodoodporny. Niestety UE zabroniła produkcji kleju mocznikowego , bo szkodliwe są opary.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[nanab]

Mało Kto klei balsę klejami do drewna... w modelarstwie stosuje się kleje Cyjanoakrylowe, różne rodzaje żywic i tym podobne. Balsa jest dość delikatna, więc zwykłe łączenie klejem do drewna długo nie wytrzyma, i przy niewielkiej nawet ilości wilgoci poprostu się rozklei...

Zwykłe łączenie wikolem wytrzymuje najmniej kilkadziesiąt lat, moim zdaniem wystarcza. Od wilgoci nic się nie rozklei,poza tym jak coś ma pływać to zabezpiecza się to lakierem. CA nie skleisz balsy, klej po prostu wsiąknie. Kleje epoksydowe są za twarde do balsy.

[Nawyk]

Kilka lat temu pisałem już o wykorzystaniu pleksiglasu jako elementu konstrukcji robota:

Wykorzystanie PMMA (tzw. plexi/plexiglassu/szkła akrylowego)

Link uzupełnię o komentarz z perspektywy czasu: 100x bardziej polecam poliwęglan, jeśli już ktoś koniecznie nalega na przeźroczystego bota 🙂 Obrabia się podobnie, kupić go można w tych samych miejscach, kosztuje niewiele więcej, a nie pęka tak łatwo (wszędzie, gdzie masz śrubki w PMMA, prędzej czy później pojawi się 'pajęczynka') i nie rysuje się tak łatwo.