Einführung in die Anwendung von PEEK in Roboter-Strukturkomponenten (Gehäuse, Rahmen)
Im Forschungs- und Herstellungsprozess von Robotern dienen Strukturkomponenten als grundlegende Unterstützung und spielen eine entscheidende Rolle für die Leistung, Stabilität und Erweiterung der Anwendungsszenarien von Robotern. PEEK-Material bietet mit seinen herausragenden Eigenschaften beispiellose Vorteile im Bereich der Robotergehäuse und -rahmen und entwickelt sich zunehmend zu einer treibenden Kraft für Innovationen in der Branche.
I. Analyse der PEEK-Materialeigenschaften
Hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit: PEEK verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften. Seine Zugfestigkeit und sein Biegemodul sind mit denen einiger Metallmaterialien vergleichbar. Dadurch bietet es zuverlässige strukturelle Unterstützung für Robotergehäuse und -rahmen, stellt sicher, dass der Roboter unter komplexen Arbeitsbedingungen seine stabile Form behält, äußeren Stößen und Belastungen standhält und garantiert den sicheren Betrieb der internen Präzisionskomponenten.
Leichtgewichtsvorteil: Die Dichte von PEEK beträgt ca. 1,3–1,4 g/cm³ und ist damit nur etwa halb so hoch wie die von Aluminium (ca. 2,7 g/cm³). Dieses geringe Gewicht ist für Roboter von entscheidender Bedeutung, da PEEK die Herstellung von Gehäusen und Rahmen bei gleichbleibender Festigkeit ermöglicht und so das Eigengewicht des Roboters deutlich reduziert. Bei humanoiden Robotern beispielsweise trägt das geringere Gewicht dazu bei, ihre Bewegungsflexibilität, Reaktionsgeschwindigkeit und ihren Energieverbrauch zu verbessern, ihre Batterielebensdauer zu verlängern und ihnen in Szenarien, die hohe Ausdauer und Mobilität erfordern, wie z. B. Service- und Rettungseinsätzen, bessere Leistungen zu ermöglichen.
Chemische Korrosionsbeständigkeit: In verschiedenen Branchen, wie der Industrie, Medizin und Lebensmittelverarbeitung, kommen Roboter häufig mit verschiedenen chemischen Substanzen in Berührung. PEEK-Material ist sehr beständig gegen Säuren, Laugen, organische Lösungsmittel usw. und verhindert so effektiv chemische Korrosion an Gehäusen und Rahmen. Dies verlängert die Lebensdauer des Roboters deutlich und gewährleistet einen stabilen Betrieb in rauen chemischen Umgebungen. In chemischen Produktionswerkstätten können Roboter mit PEEK-Strukturkomponenten beispielsweise den korrosiven Auswirkungen von Gasen und Flüssigkeiten lange standhalten.
Gute thermische Stabilität: PEEK kann mit seiner Glasübergangstemperatur von ca. 143 °C und einer Dauergebrauchstemperatur von ca. 240 °C auch in Hochtemperaturumgebungen eine stabile Leistung aufrechterhalten und hält kurzfristig sogar höheren Temperaturen stand. Diese Eigenschaft ermöglicht es Robotern, sich an Hochtemperatur-Betriebsszenarien anzupassen, wie z. B. in Automobilschweißwerkstätten und bei der Handhabung von Materialien mit hohen Temperaturen. So werden strukturelle Verformungen durch Temperaturschwankungen vermieden, die die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Roboters beeinträchtigen.
II. Anwendungsbeispiele und Vorteile von PEEK in Robotergehäusen
Verbesserter Schutz und Haltbarkeit: Die Arbeitsumgebung von Industrierobotern ist oft rau und weist Kollisionen, Reibung sowie Staub, Öl und andere Verunreinigungen auf. Die Verwendung von PEEK-Material zur Herstellung von Gehäusen mit seiner hohen Festigkeit und Verschleißfestigkeit kann äußeren Kollisionen und Kratzern effektiv widerstehen, den Gehäuseverschleiß reduzieren und das Anhaften und Erodieren von Staub, Öl und anderen Substanzen verhindern. Dadurch werden interne elektronische Komponenten und mechanische Strukturen geschützt, die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert und die Gesamthaltbarkeit des Roboters verbessert.
Erhöhte Designflexibilität: PEEK-Material lässt sich leicht verarbeiten und formen. Durch Spritzguss, Formpressen usw. lassen sich daraus komplex geformte und vielfältige Gehäuse herstellen. Dies eröffnet einen großen Spielraum für die Robotergestaltung und erfüllt nicht nur die individuellen Anforderungen verschiedener Branchen an das Erscheinungsbild der Roboter, sondern optimiert auch die aerodynamische Leistung der Gehäuse bei gleichzeitiger Gewährleistung der strukturellen Festigkeit, Reduzierung des Windwiderstands und Verbesserung der Effizienz des Roboters während der Bewegung. Beispielsweise verwenden einige Serviceroboter stromlinienförmige PEEK-Gehäuse, die sowohl ästhetisch ansprechend sind als auch Betriebsgeräusche reduzieren können.
Kostensenkung: Obwohl die Anschaffungskosten von PEEK relativ hoch sind, kann seine hervorragende Leistung im Hinblick auf langfristige Nutzung und Wartung die Anzahl der Roboterreparaturen und -austauschintervalle deutlich reduzieren und so die Gesamtbetriebskosten senken. Gleichzeitig zeichnet sich PEEK durch eine hohe Materialausnutzung bei der Verarbeitung aus und kann durch optimiertes Design integriert werden, um die Anzahl der Komponenten und Montageprozesse zu reduzieren und so die Produktionskosten weiter zu senken.
III. Anwendungsergebnisse und Nutzen in Roboter-Frameworks
Optimierung der Stützleistung: Als Kernkomponente der Lagerung muss das Robotergerüst ausreichend Festigkeit und Steifigkeit aufweisen, um verschiedene Komponenten zu tragen und Kraft zu übertragen. Die hohe Festigkeit und Steifigkeit des PEEK-Materials gewährleistet, dass das Gerüst das Gewicht des Roboters stabil tragen und Verdrehungen und Verformungen während der Bewegung effektiv widerstehen kann. Dies gewährleistet die Genauigkeit und Stabilität der Gelenkbewegungen des Roboters. Am Beispiel von Industrierobotern mit mehreren Gelenken ermöglicht das PEEK-Gerüst dem Roboter eine gute Haltungskontrolle bei Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsbetrieb.
Realisierung leichter und effizienter Bewegungen: Das leichte PEEK-Gerüst kann die Trägheit des Roboters deutlich reduzieren, wodurch er beim Starten, Stoppen und Wenden agiler wird und schneller reagiert. Dies ist besonders wichtig für Roboter, die häufig schnelle Aktionen ausführen müssen, wie z. B. Sortierroboter und Logistikroboter. Dies kann die Arbeitseffizienz deutlich steigern und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Betriebskosten senken.
Anpassung an komplexe Gelenkstrukturen: Mit der Entwicklung der Robotertechnologie werden Gelenkstrukturen immer komplexer, und die Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit der Materialien steigen. Die gute Verarbeitungsleistung von PEEK ermöglicht die Herstellung von Gerüstkomponenten, die perfekt in komplexe Gelenkstrukturen passen und so reibungslose und flexible Gelenkbewegungen gewährleisten. Beispielsweise kann das PEEK-Material im Gliedmaßengerüst humanoider Roboter individuell an die Bewegungseigenschaften der Gelenke angepasst und verarbeitet werden, wodurch eine natürlichere und flexiblere Bewegungsnachahmung erreicht wird.
