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争分夺秒|Markforged 3D打印机赋能CoSTAR团队突破探索极限
发表时间:2022-8-12

DARPA地下挑战赛是一场让机器人在完全陌生的地下环境中完成快速侦查、穿越、搜索等任务的比赛,为实现“开发创新技术,扩大地下作业”的目标角逐新方法,简单说,DARPA的目标是要寻找能在极端环境下,仍然能够通行的机器人。
CoSTAR团队是由美国宇航局喷气推进实验室、麻省理工学院、加州理工学院、KAIST和LTR合作组建而成。而且,CoSTAR还是一支由来自世界各地的60名工程师组成的团队,是DARPA地下挑战赛的十支参赛队之一。挑战赛包括三条赛道:隧道赛道、城市赛道和洞穴赛道。如果成功,该团队将获得200万美元,用于资助未来的研究项目。

该团队的自主机器人(名为Nebula) 大约有15个部件由markforged 3d打印机制作


面临挑战
每条赛道的地形都大不相同。路线都是在一些崎岖的地形上,甚至是低光场景,并且,机器人还必须能够在恶劣的条件下自主完成导航,这往往会出现机器人摔倒导致关键部件损坏。CoSTAR团队不仅需要提前准备好抗冲击的轻型自主系统,还需要对损坏的部件进行现场快速维护,并在运行期间实现快速迭代设计,以保持在比赛中的领先地位。如果某个部件在现场出现故障,这还会导致机器人无法正常行走,因此他们急需必要的工具来快速解决这个问题,而且,3d打印机还可以打印金属、3d钛金属打印、3d打印塑料材料、树脂3d打印、铜3d打印、3d打印尼龙等等。
该团队与波士顿动力公司合作,为比赛租借了几个临时机器人。CoSTAR的工程师和设计师必须快速设计和制作额外的组件,如支架和外壳,以确保机器人在出现故障后还能继续工作。以前,他们使用木材,利用机械加工或激光切割机来制作零件,如果想要保持领先于其他团队,他们需另辟蹊径,3d打印是快速迭代和在需要时修复零件的完美解决方案。
为满足这一需求,他们联系了3d打印服务厂家,为此该团队购买了一台pla 3d打印机。然而,它只能打印出对原型制作有用的部件,而不能打印出对最终生产有用的部件,并且,打印后的这些部件还不坚固,如果使用的话,会导致关键部件损坏。比如,机器人顶部昂贵的激光雷达传感器,这个传感器必须不惜一切代价保护它,并且,保护它的材料还必须具有很大的刚度和阻尼振动特性,以便对传感器的信号提供有效、可用的输出。该团队还发现,他们的pla 3d打印机生产的零件不准确、表面光洁度差,在打印完成后还需花时间打磨零件。所以,他们需要一个强大的系统,能够带到现场进行快速原型设计,并在测试完成后打印零件,无需后处理。

3d团队为他们价值7000美元的激光雷达传感器打印了一个“笼子”


解决方案
幸运的是,CoSTAR团队有机会接触到3d打印的厂家markforged。通过markforged 工业级3d打印机以及强大的云连接Eiger软件,可以让CoSTAR团队生产重量轻、强度大、功能强的零件,而且打印的零件不会受任何几何形状的限制。该团队还发现,使用markforged打印机打印的支架和底座比铝制的更好、也更轻。最重要的是,使用markforged 3d打印机和连续碳纤维增强材料,为该团队价值7000美元的激光雷达传感器制作了一个3d打印笼。这样在受到撞击之后,激光雷达传感器不会受到任何损坏。
比赛期间,在markforged合作伙伴GovSmart的帮助下,该团队将markforged打印机的数量从1台增加到3台。随后markforged也赞助了该团队,并提供了第四台打印机。CoSTAR还将打印机放在比赛地的酒店房间里,连夜生产零件,供第二天现场使用。最终,CoSTAR团队在隧道赛道上获得了第二名,在城市赛道上获得了第一名。
markforged打印机的稳定性、生产零件的可靠性和可重复性以及Digital Forge平台,使CoSTAR团队可以制造出无需任何后处理的功能性零件,让markforged 3d打印机成为理想的增材制造技术。

未来 
DARPA地下挑战赛对一些人来说可能只是一场比赛,但对CoSTAR来说远不止如此。对他们来说,这个挑战是实现对月球、火星、甚至土星和木星等一些卫星地下探索的起点。该团队希望未来美国宇航局可以通过机器人来探索地下未知环境,比如,了解生命的发展、其它星球上是否有生命以及未来人类是否可以居住等。增材制造技术正在帮助他们证明新技术是可以实现这一目标。markforged也很荣幸成为CoSTAR团队的供应商和赞助商。

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