Kloubové pouzdro exoskeletu se obvykle skládá z několika hlavních částí: hlavní skořepiny pouzdra, ložiskových sedel, úchytů aktuátorů a motorů, konzolí senzorů, těsnicích a upevňovacích prvků a rozhraní upevňovacích prvků. Tento vnější rám drží aktuátory, motory a převodové systémy a zajišťuje přenos zatížení a řízení pohybu. Očekává se, že globální trh s exoskelety vzroste z 850 milionů dolarů v roce 2025 na 2.2 miliardy dolarů do roku 2030, takže přesnost a materiály těchto dílů přímo ovlivňují výkon. Výrobní proces, požadavky na přesnost a výběr materiálů pro každou součást jsou zásadní pro dosažení spolehlivosti a trvanlivosti požadované u moderních exoskeletů. Pochopení těchto faktorů je klíčem k výrobě účinných spojů.
Hlavní skořepina pouzdra v kloubovém pouzdře exoskeletu
Hlavní skořepina pouzdra je hlavní nosnou konstrukcí pouzdra kloubu exoskeletu. Obklopuje aktuátor, motor a převodový systém, takže snáší největší tíhu veškerého zatížení, kterému je kloub vystaven. Představte si ji jako kostru kostry. Pokud se tato skořepina ohne nebo deformuje, celý kloub ztratí vyrovnání a za to zaplatí opotřebitelné díly uvnitř.
Výrobní procesy pro hlavní plášť
CNC obrábění od firmy Billet
CNC obrábění z polotovaru je nejlepší volbou pro vysoce přesné skořepiny. Pevný blok hliníku AL6061-T6 se vyřezává do konečného tvaru. Tato slitina se často objevuje v krytech exoskeletů, protože se obrábí čistě a dodržuje přísné tolerance. Pracovní postup se obvykle řídí stanoveným pořadím:
- Vyberte materiál – hliník AL6061-T6 je běžným výchozím bodem pro aplikace pouzder exoskeletů.
- Kontrolujte rozměrové tolerance během obrábění, zejména v bodech připojení a rozhraních s ostatními moduly, aby vše během montáže ladilo.
- Zachovávejte strukturální integritu v okolí tenkostěnných oblastí a složitých prvků, abyste zabránili deformaci nebo oslabení.
- Dokončete povrch – nejprve díl očistěte, poté jej otryskejte a eloxujte. Pískování odstraňuje dráhy nástroje a stopy po náběhu a dosáhne matného a jednotného vzhledu. Eloxování zvyšuje odolnost proti korozi, tvrdý povrch odolný proti poškrábání a lepší vzhled.
Tlakové lití a lití na vytavitelné materiály
Pro hlavní plášť se používá také tlakové lití a vytavitelné lití. Tlakové lití funguje dobře pro větší objemy, kde záleží na ceně na díl. Vytavitelné lití zvládá složitou vnitřní geometrii. Oba způsoby zkracují čas obrábění, ale ve srovnání s obráběním sochorů snižují určitou přesnost.
Aditivní výroba prototypů
Aditivní výroba neboli 3D tisk se vyplatí při prototypování. Tisk umožňuje inženýrům otestovat tvar a usazení předtím, než se pustí do výroby nástrojů. Můžete si přes noc vytisknout skořepinu, přišroubovat ji k testovacímu zařízení a do rána se něco naučit. Kompromis je jasný: tisk nabízí rychlost a geometrickou svobodu, ale mechanické vlastnosti tištěných dílů obvykle zaostávají za kovaným kovem.
Požadavky na přesnost hlavního pláště
Rozměrové a geometrické tolerance
Přesnost začíná u bodů rozhraní. Otvory pro šrouby, otvory pro ložiska a styčné plochy modulů vyžadují přesnou kontrolu. Přesná tolerance na jednom rozhraní se kaskádovitě šíří celou sestavou. Geometrické tolerance zahrnují rovinnost, kolmost a polohu a tyto popisky zabraňují deformaci skořepiny.
Specifikace povrchové úpravy
Povrchová úprava ovlivňuje únavovou životnost a výkon těsnění. Drsné povrchy vytvářejí nárůsty napětí tam, kde začínají trhliny. Také poškozují O-kroužky a těsnění. Pískování a eloxování povrch vylepšují, ale základní obrobená úprava stále určuje základní linii.
Materiály pro hlavní plášť
Volba materiálu ovlivňuje hmotnost, cenu a odolnost. Zde je srovnání běžných možností:
| Materiál | Klíčové vlastnosti | Typické aplikace |
| Slitina hliníku | Cenově výhodné, snadno obrobitelné, dobrá povrchová úprava, vhodné pro velké objemy | Hromadně vyráběné skříně, cenově dostupné díly |
| Titanová slitina | Odolnost vůči vysokým teplotám, biokompatibilní, odolné proti korozi | Korozivní nebo vysokoteplotní prostředí |
| Polymer vyztužený uhlíkovými vlákny | Nejlepší poměr pevnosti a hmotnosti, téměř nulová tepelná roztažnost, vysoká tuhost | Pouzdra pro přesné přístroje, výkonné rámy |
Hliníkové slitiny 6061 a 7075
Hliník 6061 a 7075 tvoří základ hliníkové slitiny pro většinu skořepin. Ocel 6061 se dobře svařuje a obrábí. Ocel 7075 sice nabízí větší pevnost, ale je dražší a má menší nároky na řezačku. Pro cenově citlivou velkoobjemovou výrobu vítězí hliník.
Titanová slitina Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V odolává teplu a korozi, na rozdíl od hliníku. Je také biokompatibilní, což je důležité pro lékařské exoskelety. Nevýhodou je cena a obtížné obrábění.
Polymery vyztužené uhlíkovými vlákny
CFRP nabízí nejlepší poměr pevnosti a hmotnosti ve své skupině. Má také téměř nulovou tepelnou roztažnost a vysokou tuhost. Přesně z těchto důvodů se používá v přesných optických a měřicích pouzdrech. Počáteční cena je nejvyšší, ačkoli náklady na údržbu zůstávají nízké.
Žádný jeden materiál nevyhraje všude. Správná volba závisí na provozních podmínkách, objemu a rozpočtu. Inženýři často provádějí analýzu metodou konečných prvků (FEM), aby porovnali dráhy napětí napříč kandidátskými návrhy, a FEM analýza také ověřuje, zda skořepina splňuje své pevnostní cíle ještě předtím, než se začne řezat jakýkoli kov. Lehčí materiály, jako je ABS, se objevují spíše v prototypových konzolách než v nosných skořepinách, protože jejich pevnost se nemůže rovnat kovu. Z praktického hlediska jsou výrobní postup a volba materiálu vzájemně propojeny – nelze je od sebe oddělit.
Ložisková sedla a otvory v kloubovém pouzdře exoskeletu
Uprostřed každého pouzdra kloubu exoskeletu jsou ložisková sedla a otvory. Drží ložiska, která umožňují plynulé otáčení kloubu. Pokud jsou tato sedla špatná, kloub plýtvá energií a rychle se opotřebovává. Uložení mezi otvorem a ložiskem mění účinnost a odolnost kloubu proti opotřebení. Volný otvor umožňuje ložisku otáčet se na místě. Těsný otvor drtí kroužek ložiska. V obou případech se kloub porouchá.
Výrobní procesy pro ložisková sedla
Přesné vyvrtávání a vystružování
Přesné vyvrtávání zpracuje otvor na přesnou velikost. Jednobřitý nástroj se otáčí uvnitř otvoru a odstraňuje materiál. Obsluha může upravovat řez v malých krocích. Díky tomuto ovládání je vyvrtávání ideální pro práce s přesnými tolerancemi. Vystružování následuje po vyvrtání, když otvor potřebuje hladší povrch. Vícebřitý výstružník odstraní tenkou vrstvu materiálu a zanechá čistý, kulatý otvor. Tyto dva kroky společně vytvářejí základ pro správné uložení ložiska.
Broušení a honování
Broušení přebírá roli, když otvor potřebuje ještě jemnější povrchovou úpravu. Brusný kotouč se otáčí proti povrchu otvoru a odstraňuje malé množství materiálu. Výsledkem je velmi hladký povrch s přesnou rozměrovou kontrolou. Honování jde ještě o krok dál. Honovací nástroj používá brusné kameny k leštění otvoru a opravě malých tvarových chyb. Tento proces zlepšuje kruhovitost a přímost. U kloubového pouzdra exoskeletu, které je v neustálém pohybu, jsou tyto kroky důležité. Snižují tření a prodlužují životnost ložiska.
Požadavky na přesnost pro ložisková sedla
Průměr a kruhovitost otvoru
Tolerance průměru díry určuje, jak ložisko dosedne. Příliš velká vůle a ložisko bude chrastit. Příliš malá vůle a ložisko se zasekne. Kruhovitost zabraňuje deformaci kroužku ložiska při zatížení. Nekruhovitý otvor stlačuje ložisko v určitých bodech. Tento nerovnoměrný tlak způsobuje předčasné selhání. Potřebná přesnost je zde jedna z nejpřesnějších v celém tělese.
Koaxialita a kolmost
Souosost zajišťuje, že dva nebo více otvorů sdílejí stejnou středovou osu. Ve spoji s ložisky na obou stranách nutí nesouosost hřídel k ohýbání. Toto ohýbání zatěžuje ložiska nerovnoměrně. Kolmost udržuje otvor kolmý k montážní ploše. Pokud se otvor nakloní, ložisko nese axiální zatížení, pro které nebylo navrženo. Oba výčnělky chrání ložisko i hřídel. Také udržují spoj v správném chodu po tisíce cyklů.
Materiály pro ložisková sedla
Volba materiálu pro ložisková sedla závisí na zatížení, rychlosti a mazání. Zde je srovnání běžných možností:
| Materiál | Funkce | Maximální provozní teplota |
| Panenský PTFE | Vysoká chemická odolnost a provozní účinnost | 200 ℃ |
| HYPATITE® PTFE | Nižší propustnost monomeru a vyšší odolnost vůči tlaku a tečení než jiné PTFE materiály | 260 ℃ / 270 ℃ |
| PTFE plněný uhlíkem | Vynikající odolnost proti teplu a oděru | 260 ℃ / 270 ℃ |
| FILLTITE® | Nejvyšší tepelná odolnost mezi materiály na bázi PTFE | 300 ℃ |
| Grafit | Vynikající pro provoz při vysokých teplotách | 500 ℃ |
| metal | Vynikající pro vysoké teploty a abrazivní prostředí | 500 ℃ / 525 ℃ |
| PEEK | Vyšší tepelná odolnost a mechanická pevnost | 270 ℃ |
| PTFE plněný skelnými vlákny s MoS2 | Vyšší odolnost proti oděru a provozní účinnost | 230 ℃ |
| Nylon s MoS2 | Vyšší mechanická pevnost | 140 ℃ |
Kalené ocelové vložky
Kalené ocelové vložky zvládají nejvyšší zatížení. Odolávají opotřebení a drží si svůj tvar i pod tlakem. Když vyrobíte ložiskové sedlo z kalené oceli, otvor zůstane přesný i po milionech cyklů. Tyto vložky se do pouzdra vtlačí nebo se na něj přišroubují. Materiál pouzdra pak může být lehčí a levnější. Tato dělená konstrukce šetří hmotnost bez ztráty pevnosti.
Bronzové a mosazné slitiny
Bronzové a mosazné slitiny nabízejí dobré vlastnosti v ložisku. Jsou vhodné pro pohyblivý kontakt. Pouzdra, objímky, otěrové desky a kluzné díly se často spoléhají na tyto jakosti. Pro tento druh práce je běžnou volbou bronz C93200. Má dobré vlastnosti v ložisku a dobře zvládá pohyblivý kontakt. Tyto slitiny také v některých prostředích odolávají korozi lépe než ocel. Jsou levnější než kalená ocel a snadno se obrábějí.
Technické plasty PEEK a PTFE
PEEK a jím plněné směsi, zejména ty, které obsahují PTFE, uhlíková vlákna nebo bronzové plniva, mají nízké tření a dobrou odolnost proti opotřebení. Nepotřebují mazání, které vyžaduje kontakt kovu s kovem. Díky tomu je PEEK běžnou náhradou za bronz, mosaz a kalené oceli v pouzdrech, ložiskách, ozubených kolech a otěrových deskách. Funguje dobře tam, kde je mazání nepraktické, zakázané nebo představuje riziko kontaminace. Směsi PEEK pro ložiska plněné PTFE a grafitem nebo uhlíkovými vlákny se na kovových hřídelích opotřebovávají. Jejich třecí a opotřebitelné vlastnosti jsou srovnatelné s bronzovými pouzdry. Také zabraňují problémům s korozí bronzu a zadržováním maziva v prostředí s oplachováním nebo vystavením chemikáliím. Pro kloubové pouzdro exoskeletu používané v čistých prostorách nebo lékařském prostředí je to velmi důležité. Mechanické vlastnosti PEEKu dobře odolávají opakovanému pohybu. PTFE přináší ještě nižší tření, ale menší pevnost. Inženýři často tyto dva materiály kombinují, aby vyvážili výkon.
Z praktického hlediska udává sedlo ložiska charakter kloubu. Dobře vyrobené sedlo ze správného materiálu udržuje exoskeletový kloub v hladkém chodu po mnoho let. Špatně vyrobené sedlo selže brzy a s sebou vezme i ložisko. Ložisko uvnitř je na tomto sedle závislé pro vyrovnání a oporu. Pokud je otvor správný, ložiska budou plnit svou funkci. Pokud je to špatně, žádná přesnost jinde nezachrání kloub. Stejná logika platí pro každé ložisko v sestavě. Každé ložisko potřebuje sedlo, které odpovídá jeho toleranci a profilu zatížení. Proto si sedlo ložiska zaslouží stejnou pozornost jako hlavní skořepina.
Držáky aktuátoru a motoru v kloubovém pouzdře exoskeletu
Exoskeletové klouby dolních končetin pasují do pouzdra exoskeletového kloubu s různými typy motorů. Bezrámové BLDC motory se objevují v loketních, kolenních a zápěstních kloubech. Inženýři také používají motory s reduktory, motory s bowdenovými lanky, pneumatické pohony a sériové elastické pohony. Seznam doplňují planetové převodovky s vysokým točivým momentem, kvazipřímé pohony a pohony s vysokým převodovým poměrem s harmonickými převody. Každý typ pohonu potřebuje uchycení, které přesně srovnává rotor s hnacím ústrojím. Nesrovnané uchycení plýtvá energií a rychle opotřebovává součásti.
Výrobní procesy pro montáž aktuátorů
CNC frézování a vrtání
CNC obrábění se stará o aktuátorové desky. Na CNC jsou obrobeny čtyři samostatné desky. Ocelová spojka motoru a převodovky se soustruží a čelně opracuje na soustruhu, poté se na frézce vyvrtá a zahloubí. Hřídel enkodéru prochází stejnými kroky – soustruží se na soustruhu, vyvrtává se na frézce. Spojky aktuátoru, ramen a táhla jsou vyrobeny z hliníku, soustruží se na soustruhu a vyvrtají se na frézce. Tyto operace řídí, jak se otvory pro šrouby shodují se středem otvoru.
Výroba a svařování plechů
Plech snižuje náklady na rámové díly, které nenesou těžké zatížení. Většina dílů je z tenkého hliníkového plechu. Práce se omezuje na řezání nebo vrtání plechu. Pro kritickou část hřídele kodéru je nejlepší soustruh. Pro prototypy je také vhodný 3D tisk s vysokým rozlišením. Svařování spojuje díly do pomocného rámu, který se šroubuje k pouzdru.
Požadavky na přesnost pro montáž aktuátorů
Tolerance polohy otvoru
Držáky motoru vyžadují kontrolovanou polohu otvorů v rozteči šroubů. Skutečné tolerance polohy zabraňují tomu, aby šrouby vychýlily motor ze středu. Kontrola pomocí souřadnicového měřicího stroje (SMM) nebo kontroly čepů zajišťuje, že se otvory shodují. Úspěšná montáž závisí na použitých rozměrech a technice (GD&T) pro tyto prvky. Na výkresech montáže pohonu vždy uvádějte rovinnost, kolmost a skutečnou polohu. Bez těchto popisů bude montáž způsobovat vibrace od prvního dne.
Rovinnost a úhlové zarovnání
Rovinnost montážní plochy zabraňuje naklánění motoru. Přední otvor a rozteč šroubů se kontrolují vůči stejné referenční ploše. Tato kontrola zachytí naklánění před přišroubováním motoru.
Samotná poloha otvoru nezaručuje úhlové zarovnání. Malá chyba kolmosti v základně držáku se rozvine do většího posunu v pracovní výšce motoru. Kolmost a tolerance skutečné polohy vázané na funkční vztažné body toto zarovnání přesně řídí. Kolíky nebo obrobené vodicí prvky poskytují potřebnou vysokou přesnost. Otvory s vůlí nemohou zvládnout dynamické zatížení od běžícího motoru.
Materiály pro montáž aktuátorů
Výběr materiálů závisí na zatížení, hmotnosti a prostředí.
Nerezová ocel
Nerezová ocel přináší odolnost proti korozi a pevnost. Zvládá vyšší zatížení od výkonných aktuátorů. Nevýhodou je hmotnost. Pro kloub dolních končetin, kde odolnost převyšuje hmotnost, se nerezová ocel dobře osvědčí.
Slitiny hliníku
Hliníkové slitiny vyvažují pevnost a hmotnost. Obrábějí se rychle a stojí méně než nerezová ocel. Pro úchyty s mírným zatížením je standardem hliník. Stejné slitiny použité v hlavním plášti – 6061 a 7075 – se zde hodí. Jejich vlastnosti odpovídají rozsahu zatížení.
Nylon plněný sklem
Skleněný nylon poskytuje dobré mechanické vlastnosti při nižší hmotnosti než kov. Zvládá mírné zatížení a odolává tečení při opakovaném namáhání. Materiál se dobře hodí pro lehčí spoje, kde se počítá každý gram. Vstřikování plastů urychluje výrobu.
Přesnost drží celý držák pohromadě. Motor mimo střed vibruje, opotřebovává ložiska a spotřebovává energii. Držák čelí stejným požadavkům jako hlavní plášť: držet polohu, odolávat zatížení, vydržet tisíce cyklů. Některé pokročilé konstrukce přidávají desky, které se spojují s hnacím ústrojím, což činí vyrovnání držáku ještě důležitějším. Držák musí udržovat osy motoru a hnacího ústrojí v jedné ose. Inženýři provádějí analýzu FEM na návrhu držáku, aby zkontrolovali dráhy napětí a potvrdili tuhost. Pevnost držáku závisí na materiálu, geometrii a na tom, jak jsou svary nebo spojovací prvky napojeny na zbytku sestavy. Tato kapacita rozhoduje o tom, zda držák vydrží špičkové podmínky a tisíce cyklů.
Držáky senzorů v pouzdře kloubu exoskeletu
Držáky senzorů a úchyty enkodéru uvnitř exoskeletového kloubu vyžadují vysokou opakovatelnost a tepelnou stabilitu. Proč? Montážní tolerance určuje, kolik ze specifikovaného rozlišení enkodéru zůstane po instalaci použitelné. Pokud montáž není opakovatelná, bity s nižším rozlišením se mohou stát nestabilní. Inženýři to pak řeší podložkami, mikro-zarovnáním, rekalibrací nebo filtrováním. Tepelná stabilita je stejně důležitá. Různé materiály se roztahují různou rychlostí, takže snímací cíl, stator, pouzdro nebo hřídel se mohou vůči sobě navzájem posunout. I malý pohyb negativně ovlivňuje kvalitu signálu. Tento problém je nejhorší u konstrukcí enkodérů s dutou hřídelí, nízkoprofilových nebo bezrámových, kde vztah rotor-stator závisí na mechanické vrstvě. Systém zarovnaný při pokojové teplotě může ztratit správnou geometrii signálu po tepelné roztažnosti, změnách předpětí ložiska nebo strukturální deformaci.
Výrobní procesy pro držáky senzorů
CNC obrábění malých prvků
CNC obrábění zvládá drobné prvky, které potřebují držáky senzorů. Malé kapsy, drážky a montážní otvory vyžadují ostré nástroje a lehké řezy. Obráběč může na těchto prvcích udržet pevnou pozici bez speciálního nářadí. Pro malé a střední objemy poskytuje tato metoda nejlepší přesnost. Hliník s uvolněným pnutím je běžným výchozím materiálem, protože po obrábění zůstává stabilní.
Vstřikování plastů pro velké objemy
Vstřikování plastů přebírá roli, když se výroba zvětší. Ocelová forma vytvoří konzolu najednou a doba cyklu se zkrátí na několik sekund. Nevýhodou jsou počáteční náklady na nástroje. Tisk funguje i pro prototypy, což umožňuje inženýrům otestovat usazení předtím, než se rozhodnou pro formu. U velkoobjemových sérií vítězí vstřikování plastů z hlediska nákladů na díl.
Požadavky na přesnost pro držáky senzorů
Umístění montážních otvorů musí být těsné, aby byla zajištěna opakovatelnost. Orientace senzoru a rovinnost povrchu musí být kontrolovány v rámci přísných tolerancí, aby byla zachována kvalita signálu. Opakovatelnost rozměrů zajišťuje, že montáž zůstane konzistentní i po demontáži a opětovné instalaci. Tepelná stabilita udržuje senzor v zarovnání i při zahřívání spoje. Držák, který se s teplotou zvětšuje nebo kroutí, zkresluje odečet. Roli zde hraje volba materiálu a geometrie.
Materiály pro držáky senzorů
Výběr materiálu vyvažuje hmotnost, pevnost a cenu. Mezi běžné možnosti patří hliník s odlehčením pnutí pro přesnost a stabilitu, stejně jako další kovy a polymery pro aplikace s optimalizovanou hmotností. Materiály pro tlakové lití, jako jsou slitiny hliníku a hořčíku, se používají pro lehké kovové díly. Mezi materiály pro vstřikování plastů patří technické plasty.
Slitiny hliníku a hořčíku
Slitiny hliníku a hořčíku přinášejí dobré mechanické vlastnosti při nízké hmotnosti. Hořčík je lehčí, ale snadněji koroduje. Hliník nabízí lepší vyvážení pro většinu závorek.
ABS a polykarbonát
Pro lisované konzole se dobře hodí ABS a polykarbonát. ABS poskytuje dobrou odolnost proti nárazu za nízkou cenu. Polykarbonát dodává pevnost a průhlednost. Oba materiály jsou vhodné pro mírné zatížení.
PEEK pro vysoké teploty
PEEK odolává vysokým teplotám tam, kde jiné plasty selhávají. Zachovává si pevnost a tuhost i při zahřátí spoje. Jeho cena je vyšší, takže je vhodný pro náročné aplikace.
Těsnění a retence v pouzdře kloubu exoskeletu
Těsnění a upevňovací prvky fungují jako imunitní systém kloubového krytu exoskeletu. Zabraňují vniknutí prachu, vody a nečistot dovnitř. Bez nich ložiska rezaví, senzory ztrácejí přesnost a aktuátory selhávají předčasně. Dobré těsnění také udržuje mazivo na místě. Upevňovací díly drží vše pohromadě. Zabraňují vypadnutí těsnění a posunutí ložisek z místa.
Výrobní procesy pro těsnění a pojistky
Těsnění a pojistky se vyrábějí lisováním nebo obráběním v závislosti na materiálu a objemu. Lisování pod tlakem je běžné pro elastomerová těsnění, zatímco CNC soustružení se používá pro pojistné kroužky.
Lisování elastomerových těsnění
Lisování tvaruje pryžová těsnění pomocí tepla a tlaku. Pryžový kus se umístí do vyhřáté formy. Forma se uzavře a pryž se rozprostře, aby vyplnila tvar. Po vytvrzení má těsnění správný tvar. Tento proces funguje pro O-kroužky, těsnění a zakázková břitová těsnění. Dobře zvládá velké objemy a udržuje rozumné náklady na nástroje.
CNC soustružení pojistných kroužků
CNC soustružení vyrábí pojistné kroužky z kovu nebo plastu. Soustruh vyřeže tvar kroužku, drážky a hrany v jednom kroku. U pojistných kroužků a spirálových kroužků soustružení vytváří základní tvar. Další kroky vyřežou mezeru nebo drážku. Soustružení poskytuje přesnou kontrolu nad tloušťkou a průměrem kroužku. Tato kontrola je důležitá, když kroužek zapadne do drážky správnou silou.
Požadavky na přesnost těsnění a pojistných prvků
Rozměry drážky a povrchová úprava
Rozměry drážky určují, jak dobře těsnění funguje. Příliš hluboká drážka umožňuje pohyb těsnění. Příliš mělká drážka těsnění příliš stlačuje. Oba problémy způsobují netěsnosti. Důležitá je také povrchová úprava uvnitř drážky. Drsná drážka poškozuje těsnicí břit během instalace. Hladká drážka umožňuje, aby se těsnění zasunulo na místo bez poškození. Stejná logika platí pro drážky pojistného kroužku. Drsná drážka může způsobit napětí, které způsobí prasknutí kroužku.
Tolerance přesahu
Přesahy drží retainery a těsnění na místě bez použití šroubů nebo matic. Vnější část je o něco větší než vnitřní část. Jejich stlačením k sobě vytvoříte sevření. Příliš mnoho přesahu způsobí prasknutí pouzdra. Příliš málo přesahu způsobí vypadnutí součásti. Inženýři vypočítají správné množství na základě materiálů a zatížení. U kloubového pouzdra exoskeletu je toto uložení ještě důležitější kvůli vibracím. Volný retainer se může při chůzi uvolnit.
Materiály pro těsnění a pojistky
Volba materiálu vyvažuje flexibilitu, chemickou odolnost a pevnost. Mezi běžné materiály pro těsnění patří elastomery; pro upevňovací prvky se často používají kovy nebo plasty.
Nitrilový kaučuk a Viton
Nitrilový kaučuk dobře spolupracuje s olejem a tukem. Je levnější než Viton. Viton zvládne vyšší teploty a silnější chemikálie. Pro spoje vystavené čisticím prostředkům nebo velmi horkým podmínkám je Viton bezpečnější. Nevýhodou je cena.
Pojistné kroužky z nerezové oceli
Nerezové kroužky mají vysokou pevnost a odolnost proti korozi. Odolávají vibracím a opakované montáži. Materiál si lépe drží tvar než plastové kroužky. Pro vysoké zatížení je standardní volbou nerezová ocel.
PTFE a UHMWPE
PTFE má nízké tření a odolává chemikáliím. UHMWPE má vysokou odolnost proti opotřebení. Oba materiály fungují dobře jako záložní kroužky nebo opotřebitelné díly. Chrání hlavní těsnění před vytlačením nebo poškozením. V pouzdře exoskeletového kloubu tyto materiály prodlužují životnost spoje. Inženýři často provádějí analýzu metodou konečných prvků (FEM), aby zkontrolovali, jak se těsnění a pojistky chovají při zatížení. Pevnost retenčního systému závisí na materiálu, tvaru a uložení. Slabá pojistka selže dříve než těsnění. Toto selhání vpustí nečistoty a zničí i ložiska. Totéž platí pro každé ložisko v sestavě. Každé z nich potřebuje těsnění a pojistku, které odpovídají jeho toleranci a profilu zatížení. V praxi si těsnění a retence zaslouží stejnou pozornost jako hlavní plášť. Levné těsnění může zničit drahý spoj.
Obrábění kloubového pouzdra exoskeletu
Existuje mnoho způsobů, jak vyrobit kloubový kryt exoskeletu. Můžete použít běžné CNC obrábění a vstřikování plastů. Můžete také použít aditivní výrobu. Každá metoda vám nabízí různé úrovně přesnosti a tvarové možnosti. Nejlepší volba závisí na tom, kolik kusů potřebujete, na vašem rozpočtu a na požadovaném výkonu. Společnosti jako NOBLE, přední výrobní společnost v Číně, nabízejí všechny tyto možnosti na jednom místě. Jejich obráběcí dovednosti pomáhají klientům přejít od prototypu k plnohodnotné výrobě bez nutnosti změny dodavatele.
Subtraktivní procesy
3osé a 5osé CNC obrábění
Tříosé CNC obrábění vyrábí základní tvary. Nástroj se pohybuje v osách X, Y a Z, zatímco díl stojí na místě. Funguje dobře pro jednoduché konzoly a rovné povrchy. Pětiosé obrábění přidává dvě soustružnické osy. Nástroj dokáže dosáhnout podřezání a šikmých povrchů v jednom nastavení. To hodně pomáhá u exoskeletových kloubových pouzder se složitými křivkami. Méně nastavení znamená lepší přesnost. Pětiosé frézování je běžnou volbou pro zakázková hliníková kloubová pouzdra. Dynamické frézovací plány pomáhají s obráběním tenkostěnných dílů tím, že zabraňují chvění tenkých profilů během řezu.
Soustružnické a soustružnicko-frézovací operace
Soustružení na soustruhu obrábí kulaté prvky. Úložná místa ložisek, otvory hřídelí a drážky pro pojistné kroužky závisí na soustružení. Součást se otáčí, zatímco se nástroj pohybuje po své délce. Soustružnicko-frézovací operace kombinují soustružení a frézování v jednom stroji. To zkracuje dobu manipulace a umožňuje lepší zarovnání kulatých a plochých prvků. Přesné soustružení poskytuje přesnou kulatost, kterou ložisková úložná místa potřebují.
Technologie aditivní a 3D tisku
Výroba kovových přísad
Aditivní výroba kovů vyrábí díly z kovového prášku. Laser roztaví každou vrstvu a spojí ji s vrstvou pod ní. Výsledkem je plně hustý kovový díl. Tato technologie funguje dobře pro složité vnitřní kanály, které nelze obrábět. Nevýhodou je povrchová úprava. Potištěné povrchy vyžadují následné obrábění pro ložisková sedla a drážky těsnění.
Řízená depozice energie
Řízená depozice energie přivádí kovový prášek nebo drát do laserového paprsku. Materiál se při dotyku s dílem roztaví. DED funguje nejlépe pro přidávání prvků nebo opravu opotřebovaných míst. Je méně obvyklý pro kompletní pouzdra, ale je užitečný pro hybridní výrobu. Vyrobíte základní plášť a na něj přidáte tištěné prvky.
Modelování tavením a nanášením (FDM) hraje také roli, zejména v raných fázích vývoje. FDM vyrábí díly z roztaveného vlákna ve vrstvách. Tyto 3D tištěné prvky se dobře osvědčují pro prototypy a díly s nízkým namáháním. FDM poskytuje inženýrům rychlý způsob, jak ověřit usazení a tvar. Tyto nosné 3D tištěné prvky z FDM slouží jako funkční testovací kusy. Umožňují zkontrolovat vůli a montáž před řezáním kovu. Modelování tavením a nanášením nabízí spolehlivý způsob, jak si vyzkoušet návrhy bez čekání na nástroje.
Procesy tváření a vstřikování
Investiční lití
Lití na vytavitelný model začíná voskovým modelem. Model se pokryje keramikou. Po ztvrdnutí keramiky se vosk roztaví. Kov vyplní prázdný prostor. Tento proces zvládá složité vnitřní tvary, které obrábění nedokáže dosáhnout. Povrchová úprava a přesnost spadají mezi tisk a odlévání.
Vstřikování plastů
Vstřikování plastů vtlačuje roztavený plast do ocelové formy. Probíhá rychle, s dobou cyklu kratší než minuta. Počáteční náklady na nástroje jsou vysoké, ale náklady na díl klesají s objemem. U velkoobjemového exoskeletového kloubového pouzdra vítězí vstřikování. Tento proces poskytuje konzistentní rozměry napříč tisíci díly. NOBLE přináší všechny tyto metody k jednomu dodavateli. To znamená, že můžete vytvářet prototypy s tiskem, validovat s odléváním a měřítko s vstřikováním nebo obráběním.
Konstrukční aspekty pro kryt kloubu exoskeletu
Kloubové pouzdro exoskeletu musí nést zatížení bez ohýbání. Musí také zůstat lehké. Každý gram navíc znamená, že motory pracují více. Inženýři tyto dva požadavky vyvažují v každém kroku.
Strukturální integrita a optimalizace hmotnosti
Optimalizace topologie a žebrování
Optimalizace topologie vyhledá místa, kde je materiál nejvíce potřeba. Software začíná s blokem materiálu. Odstraní vše, co nenese napětí. To, co zůstane, vypadá jako přirozená struktura, tenká a efektivní. Žebrování dodává tenkým stěnám tuhost. Žebra umístěná podél drah zatížení zabraňují vybočení stěn. Dobrý vzor žeber může výrazně zvýšit tuhost skořepiny. Pevnost celého tělesa závisí na tom, jak se žebra připojují k ložiskovým sedlům a montážním ploškám.
Validace metodou konečných prvků
Analýza konečných prvků kontroluje návrh před řezáním kovu. Inženýři vytvoří na dílu síť malých prvků. Aplikují zatížení a vazby. Software vypočítá napětí a průhyb v každém bodě. Včas najde slabá místa. U dílů z uhlíkových vláken používají inženýři ortotropní materiálový model, který zohledňuje různé hodnoty tuhosti v různých směrech. Metoda konečných prvků pomáhá porovnávat možnosti. Provedení stejné analýzy na hliníku, titanu a uhlíkových vláknech ukazuje, který materiál nejlépe zvládá zatížení. Metoda konečných prvků také ověřuje umístění žeber. Výsledky analýzy FEM vedou k konečnému výběru tvaru a materiálu.
Tepelný management a odolnost proti opotřebení
Cesty odvodu tepla
Teplo pochází z několika zdrojů uvnitř krytu. Pohony a motory během používání generují teplo. Elektronika uvnitř přidává další teplo. Tělesné teplo uživatele situaci zhoršuje. Kontaktní body kloubů se zahřívají třením a namáháním. Omezené větrání kolem kloubů toto teplo zachycuje. Izolační vrstvy v polstrování blokují odvod tepla. Vlhkost z potu snižuje chlazení a způsobuje podráždění pokožky. Dynamický provoz vytváří proměnlivé tepelné zatížení. Inženýři navrhují cesty pro odvod tepla. K odvádění tepla od citlivých částí používají žebra, vodivé podložky a kanály pro proudění vzduchu.
Povrchové úpravy a nátěry
Vnější pláště používají ABS plast, uhlíková vlákna nebo hliníkové slitiny. Každý materiál vede a izoluje teplo jinak. Vnitřní kontaktní vrstvy používají paměťovou pěnu a síťovinu. Tyto materiály chrání uživatele, ale také zachycují teplo. Organické polymery s tkaninami zvyšují tepelnou izolaci. Tato zvýšená izolace mění tepelnou odezvu celého spoje. Povrchy, jako je tvrdé eloxování hliníku, přidávají vrstvu odolnou proti opotřebení. Zlepšují odolnost proti korozi pro lékařské nebo venkovní použití.
Přístupnost při montáži a údržbě
Modulární konstrukce pro výměnu v terénu
Modulární konstrukce umožňuje technikovi rychle vyměnit poškozený plášť. Standardní spojovací prvky a konektory zkracují prostoje. Modulární spoj musí svou pevností odpovídat původní konstrukci. Zkoušky prokazují, že spoj vydrží opakované zatížení. Tento přístup také umožňuje modernizace. Novější pohon se hodí do stejného pouzdra.
Správa tolerancí
Tolerance se v celé sestavě sčítají. Vnitřní otvor hřídele na své horní mezi s ložiskem na své dolní mezi vytváří volné uložení. Toto volné uložení způsobuje vibrace a hluk. Analýza skládání tolerancí předpovídá nejhorší mezeru. Inženýři upravují jednotlivé tolerance, aby konečná sestava dodržela specifikaci. Přesnost konečného spoje závisí na správném řízení těchto skládání. Pevnost šroubových spojů závisí na správném předpětí. Volný šroub snižuje pevnost spoje. Utažený šroub strhává závity. Dobré řízení skládání tolerancí zajišťuje, že každý spojovací prvek funguje správně.
Běžně používané materiály pro kryty kloubu exoskeletu
Materiály použité v kloubovém pouzdře exoskeletu pokrývají širokou škálu. Mezi běžné volby patří hliníkové slitiny a ocel pro jejich vysoký poměr pevnosti k hmotnosti a odolnost proti únavě. Objevují se také polymery, jako je ABS, většinou pro prototypy vytištěné 3D tiskem. Každý materiál s sebou nese různé kompromisy.
Kovy
Hliník 6061-T6 a 7075-T6
Hliník 6061-T6 a 7075-T6 jsou dvě z nejběžnějších slitin pro kloubová tělesa. Dobře se obrábějí a nabízejí dobrou pevnost. Liší se však v klíčových ohledech. Zde je srovnání:
| Vlastnictví | 6061‑T6 | 7075‑T6 / 7075‑T651 |
| Pevnost v tahu | 276 MPa | 503 MPa |
| Únavová síla | 96 MPa | 160 MPa |
| Elastický modul | 71.0 GPa | 71.7 GPa |
| Odolnost proti korozi | Samopasivační film oxidu Al₂O₃ (stabilní) | Obsahuje 1.2–2.0 % mědi; vyžaduje povrchovou úpravu |
| Požadavek na nátěr | Žádné pro náročné prostředí | Musí být pasivováno nebo potaženo |
Přechod z oceli 6061 na 7075 snižuje plochu průřezu přibližně o 45 % při stejném tahovém zatížení. Tuhost však zůstává téměř stejná. Pokud je konstrukčním prvkem ovlivněna vzpěrnost, 7075 nenabízí žádnou výhodu. Pro vysokocyklové použití je lepší volbou 7075 nebo uhlíková vlákna. Pokročilé termosetické nebo eloxované vícevrstvé povlaky utěsňují mikroporézy na oceli 7075‑T6. Tyto povlaky zastavují korozní praskání způsobené vlhkostí při vysokofrekvenčním cyklickém zatížení po dobu delší než 10 milionů cyklů chůze. Utěsněné tvrdě eloxované povrchy také odolávají více než 2 000 hodinám testování v solné mlze bez důlkové koroze.
Titan Ti-6Al-4V
Titan Ti‑6Al‑4V je pevnější než hliníkové slitiny a lehčí než ocel. Dobře odolává teplu a korozi. Často se používá v lékařských exoskeletech, protože funguje s lidským tělem. Nevýhodou jsou náklady a obtížnost obrábění. Titan je odolnější vůči řezacímu nástroji a stojí více na libru. Ale pro použití, kde je nejdůležitější hmotnost a odolnost proti korozi, vyplňuje mezeru, kterou hliník nedokáže.
Nerezová ocel 17-4 PH
Nerezová ocel 17‑4 PH se objevuje ve vysoce opotřebitelných dílech kloubových pouzder. Používá se v ložiskových pouzdrech, kloubových čepech a otočných bodech. Je těžká, ale odolná a levná. Některé pasivní exoskelety používají pružinovou ocel pro elastické ukládání energie. Speciální slitiny zvládají extrémní cyklické zatížení. Ocel není první volbou pro konstrukce s kritickou hmotností, ale z hlediska odolnosti si udržuje své místo.
Polymery a kompozity
PEEK a PEI
PEEK a PEI (prodávané jako Ultem) jsou technické plasty používané pro kloubová pouzdra a ložiskové plochy. Jsou odolné proti opotřebení bez maziva. To snižuje hmotnost a náklady. Lze je také tvarovat do tvarů, jejichž obrábění z hliníku by bylo nákladné. Pro kloubové pouzdro exoskeletu se tyto plasty dobře hodí tam, kde mazání není praktické.
Kompozity z uhlíkových a skleněných vláken
Polymery vyztužené uhlíkovými vlákny mají vynikající poměr pevnosti k hmotnosti. Jsou však křehké. Snadno se poškozují nárazem. Matricové materiály se rozkládají vlivem UV záření, změn teploty a vlhkosti. To způsobuje delaminaci a ztrátu pevnosti. Kompozity ze skelných vláken stojí méně, ale váží více. Oba materiály vyžadují pečlivý návrh, aby se zabránilo náhlému selhání.
PLA a ABS pro 3D tištěné prototypy
Pro prototypy v rané fázi jsou běžné ABS a PLA. Inženýři používají k rychlému tisku těchto dílů metodu taveného nanášení (FDM). Polymerní vlákno prochází zahřátou tryskou a nanáší se ve vrstvách. Tyto nosné 3D tištěné prvky se dobře hodí pro kontrolu usazení a vůle. Nejsou určeny pro finální výrobu. Tavené nanášení však nabízí rychlý způsob testování tvarů. Inženýři se spoléhají na tisk kvůli rychlosti a nízkým nákladům. Materiálové vlastnosti těchto tištěných dílů jsou dostatečně dobré pro prototypování. Proto je tisk s ABS tak běžný v rané fázi.
Kritéria výběru a kompromisy v oblasti silných stránek
Poměr síly k hmotnosti
Existuje základní kompromis mezi pevností, hmotností a trvanlivostí. Hliníkové slitiny jsou lehké, ale mají tendenci selhávat při opakovaném zatížení. Ocel nabízí lepší pevnost, ale zvyšuje hmotnost, která snižuje životnost baterie a pohodlí uživatele. Kompozity z uhlíkových vláken mají skvělý poměr pevnosti k hmotnosti, ale selhávají způsoby, které je těžké předvídat.
Cena a obrobitelnost
Výběr materiálů ovlivňují náklady a objem výroby. Ocel 6061 je levná a snadno se shání. Uhlíková vlákna jsou drahá a jejich výroba je pomalá. Nízkoobjemová výroba upřednostňuje obráběný kov. Velkoobjemová výroba ospravedlňuje vstřikování plastů. Důležitá je také obrobitelnost. Hliník se řeže rychle. Titan opotřebovává nástroje.
Odolnost proti korozi a únavě
Odolnost proti korozi udržuje spoj funkční i v náročných podmínkách. Hliník 6061 sám o sobě tvoří stabilní oxidovou vrstvu. Slitinová ocel 7075 potřebuje povlak kvůli obsahu mědi. Odolnost proti únavě je stejně důležitá. Hliník 6061‑T6 má únavovou pevnost 96 MPa. Slitinová ocel 7075‑T6 dosahuje 160 MPa. Pro vysokocyklové použití vítězí ocel 7075 nebo uhlíková vlákna. Samotné mechanismy spojů jsou často bodem selhání. Normální kuličková ložiska a pouzdra se při vysokofrekvenčním zatížení rychle opotřebovávají. Ložisko uvnitř pouzdra čelí stejným potřebám. Ložiska musí zvládat opakované cykly bez opotřebení. Nedostatek účinných samomazných materiálů zvyšuje nároky na údržbu. Inženýři při výběru materiálu hledí na mechanické vlastnosti, jako je únavová pevnost. Pevnost celé sestavy závisí na správném výběru. Provádějí také analýzu metodou konečných prvků, aby ověřili chování při zatížení. Vlastnosti materiálu ovlivňují každé rozhodnutí. Správný výběr rozhoduje mezi spojem, který vydrží, a spojem, který selže brzy.
Odbornost společnosti NOBLE v oblasti krytí kloubů pro exoskelety
NOBLE je výrobní partner, který pracuje s kovem a plastem. Vyrábíme díly pro kloubové kryty exoskeletů pro týmy, které potřebují přesné tolerance a stabilní kvalitu. Naše dílna se zabývá kovovými i plastovými díly. Tato kombinace je důležitá, protože kloubový kryt zřídka používá pouze jeden materiál.
Možnosti zpracování kovů a plastů
CNC obrábění, odlévání a vstřikování plastů
Provádíme CNC obrábění, odlévání a vstřikování plastů, vše na jednom místě. To znamená, že obráběný hliníkový kryt, odlitý držák aktuátoru a lisovaný držák senzoru, to vše můžete získat od nás. Vyhnete se tak vzájemnému obviňování, ke kterému dochází, když na sebe tři dodavatelé ukazují prstem. U plastových dílů lisujeme ABS a další technické třídy. Podporujeme také tisk pro včasnou montáž a upevnění. Pokud potřebujete rychlý prototyp před obráběním, tisk vám díl rychle zajistí.
Návrhářské, prototypovací a montážní služby
Náš tým vám pomůže s návrhem, prototypováním a montáží. Prohlédneme si vaše výkresy, upozorníme na prvky, které se obtížně obrábějí, a navrhneme změny, které sníží náklady. Následují prototypy a poté kompletní montáž. Před odesláním zalisujeme ložisková sedla, instalujeme pojistné kroužky a kontrolujeme uložení. Pevnost finální jednotky závisí na těchto krocích, proto montáž považujeme za součást výroby, nikoli za něco, co přidáváme později.
Certifikace a zajištění kvality
Jsme držiteli příslušných certifikátů managementu kvality, včetně certifikátů pro zdravotnické prostředky. Tyto certifikáty nejsou jen nástěnnými dekoracemi. Formují způsob, jakým dokumentujeme práci, školíme personál a zpracováváme změnové příkazy.
Plná sledovatelnost a kontrolní protokoly
Každou šarži lze vysledovat zpět k jejímu materiálovému certifikátu a strojnímu protokolu. Kontrolujeme příchozí zásoby, průběžné prvky a hotové díly. Kontroly na souřadnicovém měřicím stroji (SMM) potvrzují průměr otvoru, polohu otvoru a rovinnost. Pokud se rozměr odchýlí, zachytíme to dříve, než se stane problémem při stohování. Tato disciplína chrání pevnost každého spoje a spolehlivost vašeho harmonogramu.
Od návrhu po montáž
Kolaborativní inženýrská podpora
Pracujeme jako rozšíření vašeho inženýrského týmu. Pošlete nám model a my vám sdělíme, na jakých strojích se nachází, kolik stojí a kde by mohl selhat. Tato vzájemná komunikace šetří cykly revizí.
Komplexní výroba a testování
Od prvního kusu až po kompletní výrobu se postaráme o obrábění, lisování, konečnou úpravu a testování. Získáte jednoho partnera, jeden systém kvality a jednu kontaktní osobu. To je celá myšlenka, která stojí za značkou NOBLE.
Každé pouzdro kloubu exoskeletu se skládá ze stejných základních částí: hlavní skořepiny, ložiskových sedel, úchytů aktuátoru a motoru, konzolí senzorů a těsnicích a upevňovacích komponentů. Každý z nich má svůj vlastní výrobní proces, přesné cíle a možnosti materiálů. Tyto volby musí odpovídat zatížení, hmotnosti a prostředí, kterému bude kloub čelit.
Obrábění, odlévání, lisování a 3D tisk zde hrají roli. Stejně tak výběr materiálu, který vyvažuje pevnost, hmotnost, cenu a odolnost proti korozi. Pokud se pouzdro správně zhotoví, spoj bude fungovat.
Nejčastější dotazy k pouzdru exoskeletových kloubů
Z čeho je vyroben kloubní kryt exoskeletu?
Kloubové pouzdra exoskeletů se často vyrábějí z hliníkových slitin, jako je 6061‑T6. Titan Ti‑6Al‑4V se používá v lékařství nebo v korozivním prostředí. Polymery vyztužené uhlíkovými vlákny poskytují nejlepší poměr pevnosti a hmotnosti. PEEK se hodí pro pouzdra a ložiskové plochy. Volba závisí na zatížení, hmotnosti a okolí.
Proč je přesnost uložení ložiska tak důležitá?
Pokud je otvor volný, ložisko se může protáčet. Pokud je příliš utažený, kroužek se zmáčkne. V obou případech spoj plýtvá energií a rychle se opotřebovává. Průměr otvoru, kruhovitost, souosost a kolmost chrání ložisko. Pokud se tyto vlastnosti správně nastaví, spoj bude fungovat hladce po tisíce cyklů.
Můžete si 3D tisknout kloubní kryt exoskeletu?
Můžete tisknout prototypy, ale vytištěné díly nejsou tak pevné jako kovaný kov. Modelování tavením tavením (FDM) je skvělé pro včasnou kontrolu usazení a vůle. Aditivní výroba kovů vytváří husté kovové díly se složitými vnitřními kanály. Tyto díly je i po tisku třeba obrábět pro ložisková sedla a drážky těsnění.
Jaké tolerance potřebují držáky senzorů?
Umístění montážního otvoru, orientace senzoru, rovinnost povrchu a opakovatelnost musí být přísně kontrolovány. Důležitá je také tepelná stabilita, protože materiály se roztahují různou rychlostí.
Jak těsnění a retainery chrání spoj?
Těsnění zabraňují vniknutí prachu, vody a nečistot. Také udržují mazivo uvnitř. Pojistky zabraňují uvolnění těsnění a pohybu ložisek. Materiály těsnění se vybírají na základě prostředí; kovové kroužky dobře odolávají vibracím a opakované montáži.
Co je to optimalizace topologie v návrhu bydlení?
Optimalizace topologie začíná u plného bloku materiálu. Software odstraní veškerý materiál, který nenese napětí. Výsledkem je tenký, efektivní tvar, který vypadá přirozeně. Žebrování zvyšuje tuhost tenkých stěn. Dobrý vzor žeber může výrazně zvýšit tuhost skořepiny.
Proč potřebuje hliník 7075 povlak?
Hliník 7075 obsahuje měď, která zabraňuje tvorbě přirozené oxidové vrstvy. Bez této vrstvy může vlhkost způsobit korozní praskání v důsledku napětí. Pasivovaný nebo eloxovaný povlak povrch utěsňuje. Utěsněné tvrdě eloxované povrchy vydrží více než 2 000 hodin testování v solné mlze bez důlkové koroze.
Kdy byste měli zvolit titan před hliníkem?
Titan Ti‑6Al‑4V odolává teplu a korozi, zatímco hliník ne. Je také biokompatibilní, což je důležité pro lékařské exoskelety. Nevýhodou jsou náklady a obtížné obrábění. Pro klouby s kritickou hmotností v náročných nebo lékařských prostředích je titan vhodný tam, kde hliník ne.
