El titani ha passat la major part de la seva vida industrial en llocs on el rendiment dels materials importa més que el cost del material. Les estructures d'avions, els components del motor i els implants mèdics depenen del titani per les mateixes raons bàsiques: baixa densitat, alta resistència i excel·lent resistència a la corrosió.
Aquest conjunt de demandes és una cosa que el titani ha vist abans. Les parts estructurals d'un robot veuen càrregues repetides. Han de mantenir la posició amb precisió al llarg del temps. I han de mantenir-se lleugers. El titani s'adapta a aquest conjunt d'exigències tan naturalment com s'adapta a una estructura d'avió.
Aquests són els tipus de condicions per a les quals es va desenvolupar el titani en primer lloc.
Un robot humanoide pot semblar un producte electrònic des de l'exterior, però la seva estructura mecànica determina gran part de la seva capacitat-real. Els marcs, els suports d'articulació, les peces de connexió i les carcasses dels actuadors estan exposats a un moviment continu durant el funcionament. Cada pas, abast i gir posen tensió a l'estructura-estrès que s'acumula amb el temps.
Això fa que l'elecció del material estructural sigui especialment important.
Per què el titani crida l'atenció a les estructures robòtiques
La reducció de pes es parla constantment als sistemes mòbils, i per una bona raó. Empenyeu una estructura més pesada a través d'un cicle de caminada i necessiteu més potència dels motors, més capacitat de les bateries, més parell de les articulacions. L'acer té força i disponibilitat-que el manté a tot arreu. L'alumini estalvia pes i això el fa popular. Però quan necessiteu els tres-pes baix, gran resistència i resistència a la fatiga-la llista de candidats es fa curta.
El titani es troba a una densitat d'un seixanta per cent d'acer. La resistència és a prop de molts acers-d'alta resistència. Aquesta combinació us permet baixar el pes d'un component sense perdre el rendiment mecànic. Les juntes, els suports, els enllaços mòbils-parts que veuen càrrega repetida-se'n beneficien directament.
Retalla la massa d'una part i la resta del sistema la nota. Menys inèrcia significa menys força per a l'acceleració i la desacceleració. Els motors consumeixen menys corrent. Les transmissions funcionen amb menys tensió. Executeu el mateix robot a través de milers de cicles de moviment i aquests petits estalvis per-cicle comencen a sumar-una millor eficiència i una vida útil més llarga dels components.
Les eines de disseny han passat l'era de les formes mecanitzades senzilles. El programari de simulació modern mapa els camins de càrrega a través d'una peça. Podeu veure per on entren les forces i per on surten. Això us indica on guardar el material i on podeu tallar-lo.
La relació força-a-pes del titani canvia el que pots fer amb la geometria. Podeu executar parets més primes, obrir seccions buides, donar forma a formes que no funcionen en alumini o acer-i encara tenen una peça que es manté rígida.
Per a aplicacions robòtiques, aquest enfocament es pot utilitzar en marcs estructurals, components d'articulació, suports d'actuador i altres peces de precisió on cal equilibrar el pes i la força.
La tecnologia de fabricació està ampliant les aplicacions del titani
Els avantatges tècnics del titani mai han estat qüestionats. La barrera sempre ha estat processant. Compareu-lo amb l'acer o l'alumini i la diferència és clara. El titani s'escalfa més a la vora. Les eines es desgasten més ràpidament. La producció es mou més lentament.
Això està canviant, però. La fabricació additiva va obrir noves maneres de produir components de titani amb estructures internes que el mecanitzat mai no podria crear-dissenys de gelosia, suports integrats, peces que combinen funcions que abans requerien muntatge. Les aplicacions de robòtica exigeixen dissenys compactes que encara aguanten sota càrrega. La fabricació additiva amb titani us apropa a complir ambdós requisits alhora.
Per a peces de precisió més petites, l'emmotllament per injecció de metall ofereix un camí diferent. Quan les tirades de producció augmenten i les dimensions han de mantenir-se constants d'una peça a una altra, MIM comença a tenir més sentit que mecanitzar cada peça.
Els robots acaben en aplicacions on funcionen dia i nit, setmana rere setmana. L'estructura mecànica veu una càrrega contínua. Oscil·lacions de temperatura. Humitat. Brutícia.
El titani gestiona bé aquestes condicions. La capa superficial que es forma naturalment a l'aire és estable. Danyeu la superfície i la capa d'òxid es reforma per si sola. Sense recobriments. Sense retocs-.
Les indústries aeroespacials i mèdiques han confiat en això durant anys-aplicacions on no us podeu permetre errors de corrosió. Els robots de les fàbriques, magatzems o llocs exteriors tenen la mateixa preocupació.
El rendiment de la fatiga també és important. Una articulació d'un robot que camina veu l'estrès cada vegada que el peu aterra. Durant la vida útil de la màquina, això suposa milions de cicles. El titani ho gestiona.
Ningú espera que el titani es converteixi en el material predeterminat per a cada part d'un robot humanoide. L'acer i l'alumini es mantindran en ús quan tinguin sentit-cost, fabricabilitat i requisits de rendiment específics. Però per a determinats components, el titani ofereix una combinació de propietats que altres materials no coincideixen.
Hi ha aplicacions on el baix pes, l'alta resistència i la durabilitat s'han de tractar conjuntament. En aquests casos, el titani ofereix als enginyers una opció que altres materials no proporcionen. La robòtica humanoide està donant al titani una nova àrea. A mesura que els dissenys es van fent més sofisticats i la fabricació segueixi millorant, el titani trobarà el seu camí en funcions més estructurals i de precisió.
No es tracta de fer-se càrrec del titani. Es tracta de que el titani aparegui als llocs adequats.
