L'alloggiamento di un giunto di un esoscheletro è generalmente composto da diverse parti principali: il guscio principale, le sedi dei cuscinetti, i supporti per attuatori e motori, le staffe dei sensori, i componenti di tenuta e ritenzione e le interfacce di fissaggio. Questa struttura esterna ospita attuatori, motori e sistemi di trasmissione e gestisce il trasferimento del carico e il controllo del movimento. Si prevede che il mercato globale degli esoscheletri crescerà da 850 milioni di dollari nel 2025 a 2.2 miliardi di dollari entro il 2030, pertanto la precisione e i materiali di questi componenti influiscono direttamente sulle prestazioni. Il processo di produzione, i requisiti di precisione e la scelta dei materiali per ciascun componente sono fondamentali per raggiungere l'affidabilità e la durata richieste negli esoscheletri moderni. Comprendere questi fattori è essenziale per produrre giunti efficaci.
Guscio principale dell'alloggiamento in un alloggiamento congiunto dell'esoscheletro
L'involucro principale è la struttura portante principale dell'alloggiamento di un'articolazione di un esoscheletro. Avvolge l'attuatore, il motore e il sistema di trasmissione, assorbendo quindi la maggior parte del carico a cui è sottoposta l'articolazione. Si può pensare a questo involucro come allo scheletro dello scheletro stesso. Se questo involucro si flette o si deforma, l'intera articolazione perde l'allineamento e le parti soggette ad usura al suo interno ne risentono.
Processi di fabbricazione del guscio principale
Lavorazione CNC da billetta
La lavorazione CNC da billetta è la scelta migliore per gusci di alta precisione. Un blocco solido di alluminio AL6061-T6 viene lavorato fino a ottenere la forma finale. Questa lega è spesso utilizzata nella realizzazione di involucri per esoscheletri perché si lavora in modo pulito e mantiene tolleranze ristrette. Il flusso di lavoro segue generalmente un ordine prestabilito:
- Seleziona il materiale: l'alluminio AL6061-T6 è un punto di partenza comune per le applicazioni di alloggiamento degli esoscheletri.
- Controllare le tolleranze dimensionali durante la lavorazione, soprattutto nei punti di fissaggio e nelle interfacce con altri moduli, in modo che tutto sia allineato correttamente durante l'assemblaggio.
- Preservare l'integrità strutturale delle aree a parete sottile e dei dettagli complessi per prevenire deformazioni o indebolimenti.
- Per la finitura superficiale, pulire prima il pezzo, quindi sabbiarlo e anodizzarlo. La sabbiatura rimuove i segni degli utensili e le imperfezioni, conferendo alla superficie un aspetto opaco e uniforme. L'anodizzazione aggiunge resistenza alla corrosione, una superficie dura e antigraffio e un aspetto migliore.
Pressofusione e microfusione
Per la realizzazione del guscio principale si utilizzano sia la pressofusione che la microfusione. La pressofusione è ideale per volumi elevati, dove il costo per pezzo è un fattore determinante. La microfusione, invece, permette di gestire geometrie interne complesse. Entrambi i metodi riducono i tempi di lavorazione, ma a scapito di una certa precisione rispetto alla lavorazione da billetta.
Produzione additiva per prototipi
La produzione additiva, o stampa 3D, eccelle nella fase di prototipazione. La stampa consente agli ingegneri di testare forma e dimensioni prima di procedere alla realizzazione degli stampi. È possibile stampare un guscio durante la notte, fissarlo a un banco di prova e ottenere informazioni utili già la mattina successiva. Il compromesso è evidente: la stampa offre velocità e libertà geometrica, ma le proprietà meccaniche dei pezzi stampati sono generalmente inferiori a quelle dei pezzi in metallo lavorato.
Requisiti di precisione per il guscio principale
Tolleranze dimensionali e geometriche
La precisione inizia dai punti di interfaccia. Fori per bulloni, alloggiamenti per cuscinetti e superfici di accoppiamento dei moduli richiedono tutti un controllo rigoroso. Una tolleranza imprecisa in un punto di interfaccia si ripercuote a cascata sull'intero assemblaggio. La tolleranza geometrica riguarda planarità, perpendicolarità e posizione, e queste specifiche impediscono che l'involucro si deformi.
Specifiche della finitura superficiale
La finitura superficiale influisce sulla durata a fatica e sulle prestazioni delle guarnizioni. Le superfici ruvide creano concentrazioni di stress dove si originano le crepe. Inoltre, usurano rapidamente O-ring e guarnizioni. La sabbiatura e l'anodizzazione migliorano la superficie, ma la finitura di base ottenuta tramite lavorazione meccanica rimane il parametro di riferimento.
Materiali per il guscio principale
La scelta del materiale influisce su peso, costo e durata. Ecco un confronto tra le opzioni più comuni:
| Materiale | Caratteristiche chiave | Applicazioni tipiche |
| Lega di alluminio | Conveniente, facile da lavorare, buona finitura superficiale, adatto alla produzione in grandi volumi | Involucri prodotti in serie, componenti sensibili ai costi |
| Lega di titanio | Resistente alle alte temperature, biocompatibile, resistente alla corrosione | Ambienti corrosivi o ad alta temperatura |
| Polimero rinforzato con fibra di carbonio | Miglior rapporto resistenza-peso, dilatazione termica quasi nulla, elevata rigidità | Alloggiamenti per strumenti di precisione, telai ad alte prestazioni |
Leghe di alluminio 6061 e 7075
Le leghe di alluminio 6061 e 7075 costituiscono la base per la maggior parte dei gusci. La lega 6061 si salda e si lavora bene. La lega 7075 offre maggiore resistenza ma costa di più e oppone più resistenza all'utensile di taglio. Per la produzione ad alto volume, dove il costo è un fattore critico, l'alluminio è la scelta migliore.
Lega di titanio Ti-6Al-4V
La lega Ti-6Al-4V resiste al calore e alla corrosione in modi che l'alluminio non è in grado di fare. Possiede inoltre biocompatibilità, un aspetto importante per gli esoscheletri medicali. Gli svantaggi sono il prezzo e la difficoltà di lavorazione.
Polimeri rinforzati con fibra di carbonio
Il CFRP offre il miglior rapporto resistenza-peso del gruppo. Presenta inoltre una dilatazione termica quasi nulla e un'elevata rigidità. Viene utilizzato proprio per queste caratteristiche negli alloggiamenti per strumenti ottici e di misurazione di precisione. Il prezzo iniziale è il più alto, ma i costi di manutenzione rimangono contenuti.
Non esiste un singolo materiale che risulti vincente in ogni situazione. La scelta giusta dipende dalle condizioni operative, dai volumi di produzione e dal budget. Gli ingegneri spesso eseguono analisi FEM per confrontare i percorsi di sollecitazione tra i diversi progetti candidati, e queste analisi verificano anche se un guscio raggiunge gli obiettivi di resistenza prefissati prima di procedere al taglio del metallo. Materiali più leggeri come l'ABS sono più utilizzati nei prototipi di staffe che nei gusci portanti, poiché la loro resistenza non è paragonabile a quella del metallo. Da un punto di vista pratico, il processo produttivo e la scelta del materiale sono strettamente interconnessi: non è possibile separarli.
Sedi e fori dei cuscinetti in un alloggiamento di giunzione di un esoscheletro
Le sedi e gli alloggiamenti dei cuscinetti sono al centro di ogni alloggiamento delle articolazioni degli esoscheletri. Sostengono i cuscinetti che consentono all'articolazione di ruotare senza intoppi. Se queste sedi non sono adatte, l'articolazione disperde energia e si usura rapidamente. L'accoppiamento tra l'alloggiamento e il cuscinetto influisce sull'efficienza e sulla resistenza all'usura dell'articolazione. Un alloggiamento troppo lasco permette al cuscinetto di girare a vuoto. Un alloggiamento troppo stretto schiaccia la pista di rotolamento del cuscinetto. In entrambi i casi, l'articolazione si rompe.
Processi di produzione per sedi di cuscinetti
Alesatura e alesatura di precisione
La barenatura di precisione riduce le dimensioni del foro a un valore ristretto. Un utensile a punta singola ruota all'interno del foro e asporta materiale. L'operatore può regolare il taglio con piccoli incrementi. Questo controllo rende la barenatura perfetta per lavori con tolleranze ristrette. L'alesatura di finitura viene eseguita dopo la barenatura, quando il foro necessita di una finitura più liscia. Un alesatore a più taglienti rimuove un sottile strato di materiale e lascia un foro pulito e rotondo. Insieme, queste due fasi costituiscono la base per una corretta sede del cuscinetto.
Rettifica e levigatura
La rettifica entra in gioco quando il foro necessita di una finitura ancora più fine. Una mola abrasiva ruota contro la superficie del foro e rimuove piccole quantità di materiale. Il risultato è una superficie molto liscia con un controllo dimensionale preciso. La levigatura fa un ulteriore passo avanti. Un utensile di levigatura utilizza pietre abrasive per lucidare il foro e correggere piccoli errori di forma. Questo processo migliora la rotondità e la rettilineità. Per un alloggiamento di un giunto di un esoscheletro, soggetto a movimenti costanti, questi passaggi sono fondamentali. Riducono l'attrito e prolungano la durata del cuscinetto.
Requisiti di precisione per le sedi dei cuscinetti
Diametro del foro e rotondità
La tolleranza del diametro interno determina il corretto accoppiamento del cuscinetto. Un gioco eccessivo provoca rumore, mentre un gioco insufficiente causa il bloccaggio. La rotondità impedisce la deformazione della pista di rotolamento sotto carico. Un foro non perfettamente rotondo comprime il cuscinetto in determinati punti, causando una pressione irregolare che può portare a guasti prematuri. La precisione richiesta in questo caso è tra le più stringenti dell'intero alloggiamento.
Coassialità e perpendicolarità
La coassialità assicura che due o più fori condividano lo stesso asse centrale. In un giunto con cuscinetti su entrambi i lati, un disallineamento costringe l'albero a flettersi. Questa flessione carica i cuscinetti in modo non uniforme. La perpendicolarità mantiene il foro perpendicolare alla superficie di montaggio. Se il foro si inclina, il cuscinetto sopporta un carico assiale per il quale non è stato progettato. Entrambe le specifiche proteggono il cuscinetto e l'albero. Inoltre, mantengono il giunto perfettamente allineato per migliaia di cicli.
Materiali per sedi di cuscinetti
La scelta del materiale per le sedi dei cuscinetti dipende dal carico, dalla velocità e dalla lubrificazione. Ecco un confronto tra le opzioni più comuni:
| Materiale | Caratteristiche | Temperatura massima di servizio |
| PTFE vergine | Elevata resistenza chimica ed efficienza operativa. | 200 ℃ |
| HYPATITE® PTFE | Minore permeabilità del monomero e maggiore resistenza alla compressione e allo scorrimento viscoso rispetto ad altri materiali in PTFE. | 260 ℃ / 270 ℃ |
| PTFE caricato con carbonio | Eccellente resistenza al calore e all'abrasione. | 260 ℃ / 270 ℃ |
| FILLTITE® | Massima resistenza al calore tra i materiali a base di PTFE | 300 ℃ |
| Grafite | Ideale per applicazioni ad alta temperatura. | 500 ℃ |
| Metallo | Ideale per applicazioni ad alta temperatura e in ambienti abrasivi. | 500 ℃ / 525 ℃ |
| PEEK | Maggiore resistenza al calore e robustezza meccanica. | 270 ℃ |
| PTFE rinforzato con fibra di vetro e MoS2 | Maggiore resistenza all'abrasione ed efficienza operativa. | 230 ℃ |
| Nylon con MoS2 | Maggiore resistenza meccanica | 140 ℃ |
Inserti in acciaio temprato
Gli inserti in acciaio temprato sopportano i carichi più pesanti. Resistono all'usura e mantengono la loro forma sotto pressione. Quando si realizza una sede per cuscinetto in acciaio temprato, il foro rimane preciso anche dopo milioni di cicli. Questi inserti vengono pressati nell'alloggiamento o fissati con bulloni. Il materiale dell'alloggiamento può quindi essere più leggero ed economico. Questa struttura a componenti separati consente di risparmiare peso senza compromettere la resistenza.
Leghe di bronzo e ottone
Le leghe di bronzo e ottone offrono buone prestazioni come cuscinetti. Sono ideali per applicazioni con contatto dinamico. Boccole, manicotti, piastre antiusura e componenti scorrevoli sono spesso realizzati con queste leghe. Il bronzo C93200 è una scelta comune per questo tipo di applicazioni. Presenta buone prestazioni come cuscinetto e gestisce bene il contatto dinamico. Queste leghe resistono inoltre alla corrosione meglio dell'acciaio in alcuni ambienti. Hanno un costo inferiore rispetto all'acciaio temprato e sono facili da lavorare.
Materie plastiche tecniche PEEK e PTFE
Il PEEK e le sue mescole caricate, in particolare quelle contenenti PTFE, fibra di carbonio o cariche di bronzo, presentano un basso attrito e una buona resistenza all'usura. Non necessitano della lubrificazione richiesta dal contatto metallo-metallo. Questo rende il PEEK un sostituto comune di bronzo, ottone e acciaio temprato in boccole, cuscinetti, ingranaggi e piastre antiusura. È particolarmente indicato in situazioni in cui la lubrificazione è impraticabile, vietata o comporta rischi di contaminazione. Le mescole di PEEK per cuscinetti caricate con PTFE e grafite o fibra di carbonio funzionano a secco a contatto con alberi metallici. Le loro prestazioni in termini di attrito e usura sono paragonabili a quelle delle boccole in bronzo. Inoltre, evitano i problemi di corrosione e ritenzione del lubrificante tipici del bronzo in ambienti soggetti a lavaggi frequenti o esposizione a sostanze chimiche. Per un alloggiamento di giunzione di un esoscheletro utilizzato in camere bianche o in ambito medicale, questo è un aspetto di fondamentale importanza. Le proprietà meccaniche del PEEK si mantengono elevate anche in presenza di movimenti ripetuti. Il PTFE offre un attrito ancora inferiore, ma una minore resistenza. Gli ingegneri spesso combinano i due materiali per bilanciare le prestazioni.
Da un punto di vista pratico, la sede del cuscinetto determina le caratteristiche dell'articolazione. Una sede ben realizzata con il materiale giusto garantisce un funzionamento fluido dell'alloggiamento dell'articolazione dell'esoscheletro per anni. Una sede di scarsa qualità si guasta prematuramente, trascinando con sé il cuscinetto. Il cuscinetto interno dipende da questa sede per l'allineamento e il supporto. Se il foro è corretto, i cuscinetti svolgono correttamente il loro lavoro. Se è errato, nessuna precisione in altri punti potrà salvare l'articolazione. La stessa logica si applica a ogni cuscinetto dell'assemblaggio. Ognuno necessita di una sede che corrisponda alla sua tolleranza e al suo profilo di carico. Ecco perché la lavorazione della sede del cuscinetto merita la stessa attenzione riservata al guscio principale.
Supporti per attuatori e motori in un alloggiamento di giunzione per esoscheletro
Le articolazioni degli esoscheletri per gli arti inferiori ospitano diversi tipi di motori all'interno del loro alloggiamento. I motori BLDC senza telaio sono presenti nelle articolazioni di gomito, ginocchio e polso. Gli ingegneri utilizzano anche motori con riduttori, motori con cavi Bowden, attuatori pneumatici e attuatori elastici in serie. Motori a ingranaggi epicicloidali ad alta coppia, azionamenti quasi diretti e azionamenti ad alto rapporto con ingranaggi armonici completano l'elenco. Ogni tipo di attuatore necessita di un supporto che allinei perfettamente il rotore con la trasmissione. Un supporto non allineato spreca energia e usura rapidamente i componenti.
Processi di produzione per supporti attuatori
Fresatura e foratura CNC
La lavorazione CNC si occupa delle piastre dell'attuatore. Quattro piastre separate vengono lavorate a CNC. L'accoppiatore motore-riduttore in acciaio viene tornito e spianato al tornio, quindi forato e svasato alla fresatrice. L'albero dell'encoder segue gli stessi passaggi: tornito al tornio, forato alla fresatrice. Gli accoppiatori attuatore-leva-collegamento sono realizzati in alluminio, torniti al tornio e forati alla fresatrice. Queste operazioni controllano l'allineamento dei fori dei bulloni con il centro del foro.
Fabbricazione e saldatura di lamiere
La lamiera riduce i costi per i componenti del telaio che non devono sopportare carichi pesanti. La maggior parte dei pezzi è realizzata in lamiera di alluminio sottile. Il lavoro consiste nel tagliare o forare la lamiera. Per la parte critica dell'albero dell'encoder, il tornio è la soluzione migliore. Anche la stampa 3D ad alta risoluzione è adatta per i prototipi. La saldatura unisce i pezzi in un telaio ausiliario che viene imbullonato all'alloggiamento.
Requisiti di precisione per i supporti degli attuatori
Tolleranza della posizione del foro
I supporti motore richiedono un posizionamento preciso dei fori nella disposizione dei bulloni. Le tolleranze di posizionamento corrette impediscono ai bulloni di spostare il motore dal centro. Un controllo con CMM o con perno garantisce l'allineamento dei fori. La buona riuscita dell'assemblaggio dipende dall'applicazione delle tolleranze geometriche e dimensionali (GD&T) a queste caratteristiche. È fondamentale indicare sempre planarità, perpendicolarità e posizionamento corretto sui disegni dei supporti degli attuatori. Senza queste indicazioni, il supporto causerà vibrazioni fin dal primo giorno.
Planarità e allineamento angolare
La planarità della superficie di montaggio impedisce al motore di inclinarsi. Il foro pilota e la disposizione dei bulloni vengono controllati rispetto alla stessa superficie di riferimento. Questo controllo rileva l'inclinazione prima che il motore venga fissato con i bulloni.
La sola posizione del foro non garantisce l'allineamento angolare. Un piccolo errore di perpendicolarità alla base del supporto si trasforma in uno spostamento maggiore all'altezza di lavoro del motore. Le tolleranze di perpendicolarità e di posizione reale, legate a riferimenti funzionali, controllano con precisione tale allineamento. Perni di centraggio o perni di centraggio lavorati a macchina offrono l'elevata precisione necessaria. I fori di passaggio non sono in grado di sopportare i carichi dinamici di un motore in funzione.
Materiali per supporti attuatori
La scelta dei materiali dipende dal carico, dal peso e dall'ambiente.
Acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile offre resistenza alla corrosione e robustezza. È in grado di sopportare carichi maggiori generati da attuatori potenti. Il compromesso è rappresentato dal peso. Per un'articolazione degli arti inferiori, dove la durata è più importante del peso, l'acciaio inossidabile si rivela una scelta ideale.
Leghe di alluminio
Le leghe di alluminio offrono un buon equilibrio tra resistenza e peso. Sono facili da lavorare e costano meno dell'acciaio inossidabile. Per i supporti che sopportano carichi moderati, l'alluminio è lo standard. Le stesse leghe utilizzate per il guscio principale, ovvero la 6061 e la 7075, sono adatte anche a questo scopo. Le loro proprietà sono infatti ideali per la gamma di carichi previsti.
Nylon riempito di vetro
Il nylon rinforzato con fibra di vetro offre buone proprietà meccaniche a un peso inferiore rispetto al metallo. È in grado di sopportare carichi moderati e resiste alla deformazione plastica sotto stress ripetuto. Il materiale è ideale per giunzioni leggere, dove ogni grammo conta. Lo stampaggio a iniezione rende la produzione rapida.
La precisione è fondamentale per la tenuta dell'intero supporto. Un motore decentrato vibra, usura i cuscinetti e consuma energia. Il supporto deve soddisfare le stesse esigenze del corpo principale: mantenere la posizione, resistere ai carichi e sopportare migliaia di cicli. Alcuni progetti più avanzati prevedono l'aggiunta di piastre di collegamento con la trasmissione, rendendo l'allineamento del supporto ancora più critico. Il supporto deve mantenere allineati gli assi del motore e della trasmissione. Gli ingegneri eseguono analisi FEM sul progetto del supporto per verificare i percorsi di sollecitazione e confermare la rigidità. La resistenza del supporto dipende dal materiale, dalla geometria e dal modo in cui le saldature o i dispositivi di fissaggio si integrano con il resto dell'assemblaggio. Tale capacità determina se il supporto resisterà alle condizioni di picco e a migliaia di cicli.
Staffe per sensori in un alloggiamento per giunti di un esoscheletro
Le staffe dei sensori e i supporti degli encoder all'interno dell'alloggiamento di un giunto dell'esoscheletro richiedono elevata ripetibilità e stabilità termica. Perché? La tolleranza di montaggio determina quanta parte della risoluzione specificata di un encoder rimane utilizzabile dopo l'installazione. Se il montaggio non è ripetibile, i bit a bassa risoluzione possono diventare instabili. Gli ingegneri risolvono quindi questo problema con spessori, micro-allineamento, ricalibrazione o filtraggio. La stabilità termica è altrettanto importante. Materiali diversi si dilatano a velocità diverse, quindi il bersaglio di rilevamento, lo statore, l'alloggiamento o l'albero possono spostarsi l'uno rispetto all'altro. Anche piccoli movimenti compromettono la qualità del segnale. Questo problema è più grave nei design di encoder con albero cavo, a basso profilo o senza cornice, dove la relazione rotore-statore dipende dalla pila meccanica. Un sistema allineato a temperatura ambiente può perdere la corretta geometria del segnale a seguito di dilatazione termica, variazioni del precarico dei cuscinetti o flessioni strutturali.
Processi di produzione per staffe per sensori
Lavorazione CNC per piccoli dettagli
La lavorazione CNC gestisce le minuscole caratteristiche richieste dalle staffe dei sensori. Piccole cavità, fessure e fori di montaggio richiedono utensili affilati e tagli leggeri. Un operatore di macchine utensili può mantenere una posizione precisa su queste caratteristiche senza utensili speciali. Per volumi bassi e medi, questa soluzione offre la massima precisione. L'alluminio disteso è un materiale di partenza comune perché rimane stabile dopo la lavorazione.
Stampaggio a iniezione per grandi volumi
Lo stampaggio a iniezione diventa la soluzione ideale quando la produzione aumenta. Uno stampo in acciaio forma la staffa in un'unica operazione e i tempi di ciclo si riducono a pochi secondi. Il compromesso è rappresentato dal costo iniziale dell'attrezzatura. Anche la stampa 3D è adatta per i prototipi, consentendo agli ingegneri di testare l'adattamento prima di procedere con lo stampo. Per le produzioni ad alto volume, lo stampaggio a iniezione risulta più conveniente in termini di costo per pezzo.
Requisiti di precisione per le staffe dei sensori
Il posizionamento dei fori di montaggio deve essere preciso per garantire la ripetibilità. L'orientamento del sensore e la planarità della superficie devono essere controllati entro tolleranze ristrette per mantenere la qualità del segnale. La ripetibilità delle dimensioni garantisce che il montaggio rimanga coerente dopo la rimozione e la reinstallazione. La stabilità termica mantiene il sensore allineato anche quando il giunto si riscalda. Una staffa che si dilata o si torce con la temperatura falsa la lettura. La scelta del materiale e la geometria giocano entrambi un ruolo importante in questo contesto.
Materiali per le staffe dei sensori
La scelta dei materiali tiene conto di peso, resistenza e costo. Le opzioni più comuni includono l'alluminio disteso per precisione e stabilità, nonché altri metalli e polimeri per applicazioni in cui il peso è un fattore determinante. Per la realizzazione di componenti metallici leggeri si utilizzano materiali per pressofusione come le leghe di alluminio e magnesio. Tra i materiali per lo stampaggio a iniezione si annoverano le materie plastiche tecniche.
Leghe di alluminio e magnesio
Le leghe di alluminio e magnesio offrono buone proprietà meccaniche a un peso ridotto. Il magnesio è più leggero, ma si corrode più facilmente. L'alluminio offre un migliore equilibrio per la maggior parte delle staffe.
ABS e policarbonato
ABS e policarbonato sono ottimi materiali per le staffe stampate. L'ABS offre una buona resistenza agli urti a un costo contenuto. Il policarbonato aggiunge robustezza e trasparenza. Entrambi sono adatti a carichi moderati.
PEEK per alte temperature
Il PEEK resiste alle alte temperature laddove altre materie plastiche cedono. Mantiene la sua resistenza e rigidità anche quando la giunzione raggiunge temperature elevate. Il costo è più elevato, quindi è adatto ad applicazioni impegnative.
Tenuta e ritenzione in un alloggiamento di giunzione di un esoscheletro
Le guarnizioni e i fermi funzionano come il sistema immunitario di un alloggiamento per le articolazioni di un esoscheletro. Impediscono a polvere, acqua e sporco di penetrare all'interno. Senza di essi, i cuscinetti arrugginiscono, i sensori perdono precisione e gli attuatori si guastano prematuramente. Una buona guarnizione, inoltre, mantiene il lubrificante in posizione. I componenti di ritegno tengono tutto insieme, impedendo alle guarnizioni di fuoriuscire e ai cuscinetti di spostarsi dalla loro sede.
Processi di produzione per guarnizioni e elementi di fissaggio
Le guarnizioni e gli elementi di ritegno vengono prodotti mediante stampaggio o lavorazione meccanica, a seconda del materiale e del volume. Lo stampaggio a compressione è comune per le guarnizioni elastomeriche, mentre la tornitura CNC viene utilizzata per gli anelli di ritegno.
Stampaggio a compressione per guarnizioni elastomeriche
Lo stampaggio a compressione modella le guarnizioni in gomma utilizzando calore e pressione. Un pezzo di gomma viene posizionato in uno stampo riscaldato. Lo stampo si chiude e la gomma si espande fino a riempire la forma. Dopo l'indurimento, la guarnizione assume la forma desiderata. Questo processo è adatto per O-ring, guarnizioni e guarnizioni a labbro personalizzate. Consente di gestire volumi elevati e di mantenere i costi degli stampi contenuti.
Tornitura CNC per anelli di ritegno
La tornitura CNC permette di realizzare anelli di ritegno partendo da materiali metallici o plastici. Un tornio taglia la forma dell'anello, le scanalature e i bordi in un'unica fase. Per gli anelli elastici e a spirale, la tornitura crea la forma di base. Ulteriori passaggi tagliano l'intercapedine o la fessura. La tornitura offre un controllo preciso sullo spessore e sul diametro dell'anello. Questo controllo è fondamentale quando l'anello si incastra nella scanalatura con la forza corretta.
Requisiti di precisione per guarnizioni e elementi di fissaggio
Dimensioni della scanalatura e finitura superficiale
Le dimensioni della scanalatura determinano l'efficacia di una guarnizione. Una scanalatura troppo profonda permette alla guarnizione di muoversi, mentre una troppo superficiale la comprime eccessivamente. Entrambi i problemi causano perdite. Anche la finitura superficiale all'interno della scanalatura è importante. Una scanalatura ruvida danneggia il labbro della guarnizione durante l'installazione, mentre una scanalatura liscia permette alla guarnizione di scivolare in posizione senza danneggiarsi. Lo stesso principio si applica alle scanalature degli anelli di ritegno. Una scanalatura ruvida può generare tensioni che provocano la rottura dell'anello.
Tolleranze di adattamento dell'interferenza
Gli accoppiamenti a interferenza mantengono in posizione fermi e guarnizioni senza viti o bulloni. La parte esterna è leggermente più grande di quella interna. Premendole insieme si crea una presa. Un'interferenza eccessiva può causare la rottura dell'alloggiamento. Un'interferenza insufficiente può far cadere il componente. Gli ingegneri calcolano la quantità corretta in base ai materiali e al carico. Per l'alloggiamento di un giunto di un esoscheletro, le vibrazioni rendono questo accoppiamento ancora più importante. Un fermo allentato può sganciarsi durante la camminata.
Materiali per guarnizioni e fermi
La scelta del materiale deve trovare un equilibrio tra flessibilità, resistenza chimica e robustezza. I materiali più comuni per le guarnizioni sono gli elastomeri, mentre per i fermi si utilizzano spesso metalli o materie plastiche.
Gomma nitrilica e Viton
La gomma nitrilica è adatta a contatto con oli e grassi. Costa meno del Viton. Il Viton resiste a temperature più elevate e a sostanze chimiche più aggressive. Per un giunto esposto a detergenti o a temperature molto alte, il Viton è più sicuro. Il compromesso sta nel prezzo.
Anelli di ritegno in acciaio inossidabile
Gli anelli in acciaio inossidabile sono molto resistenti e non si corrodono. Mantengono la loro forma anche in caso di vibrazioni e montaggi ripetuti. Il materiale conserva la sua forma meglio degli anelli in plastica. Per carichi pesanti, l'acciaio inossidabile è la scelta standard.
PTFE e UHMWPE
Il PTFE ha un basso attrito e resiste agli agenti chimici. L'UHMWPE ha un'elevata resistenza all'usura. Entrambi funzionano bene come anelli di supporto o componenti soggetti a usura. Proteggono la guarnizione principale dall'essere espulsa o danneggiata. In un alloggiamento di giunzione per esoscheletro, questi materiali contribuiscono a prolungare la durata della giunzione. Gli ingegneri spesso eseguono analisi FEM per verificare il comportamento di guarnizioni e fermi sotto carico. La resistenza del sistema di ritegno dipende dal materiale, dalla forma e dall'accoppiamento. Un fermo debole si rompe prima della guarnizione. Tale cedimento permette l'ingresso di sporco e danneggia anche i cuscinetti. Lo stesso vale per ogni cuscinetto nell'assemblaggio. Ognuno necessita di una guarnizione e di un fermo che corrispondano alla sua tolleranza e al suo profilo di carico. In pratica, la tenuta e il ritegno meritano la stessa attenzione riservata all'involucro principale. Una guarnizione economica può rovinare una giunzione costosa.
Lavorazione meccanica per un alloggiamento di giunzione dell'esoscheletro
Esistono molti modi per realizzare un alloggiamento per le articolazioni di un esoscheletro. Si possono utilizzare le tradizionali macchine CNC e lo stampaggio a iniezione. Si può anche ricorrere alla produzione additiva. Ogni metodo offre diversi livelli di precisione e opzioni di forma. La scelta migliore dipende dalla quantità necessaria, dal budget e dalle prestazioni desiderate. Aziende come NOBLE, una delle principali aziende manifatturiere cinesi, offrono tutte queste opzioni in un unico luogo. Le loro competenze di lavorazione consentono ai clienti di passare dal prototipo alla produzione su larga scala senza dover cambiare fornitore.
Processi sottrattivi
Lavorazione CNC a 3 e 5 assi
La lavorazione CNC a tre assi permette di realizzare forme di base. L'utensile si muove lungo gli assi X, Y e Z mentre il pezzo rimane fermo. È ideale per staffe semplici e superfici piane. La lavorazione a cinque assi aggiunge due assi di rotazione. L'utensile può raggiungere sottosquadri e superfici angolate in un'unica impostazione. Questo è particolarmente utile per la realizzazione di alloggiamenti per giunti di esoscheletri con curve complesse. Un minor numero di impostazioni si traduce in una maggiore precisione. La fresatura a cinque assi è una scelta comune per la realizzazione di alloggiamenti per giunti in alluminio personalizzati. I piani di fresatura dinamica facilitano la lavorazione di pareti sottili, impedendo alle sezioni sottili di vibrare durante il taglio.
Operazioni di tornitura e tornitura-fresatura
La tornitura permette di realizzare superfici rotonde su un tornio. Sedi dei cuscinetti, fori per alberi e scanalature per anelli di ritegno dipendono tutti dalla tornitura. Il pezzo ruota mentre l'utensile si muove lungo la sua lunghezza. Le operazioni di tornitura-fresatura combinano tornitura e fresatura in un'unica macchina. Ciò riduce i tempi di lavorazione e garantisce un migliore allineamento di superfici rotonde e piane. La tornitura di precisione offre la rotondità precisa necessaria per le sedi dei cuscinetti.
Tecnologia di stampa additiva e 3D
Produzione additiva di metalli
La produzione additiva di metalli (MDM) realizza componenti a partire da polvere metallica. Un laser fonde ogni strato e lo unisce a quello sottostante. Il risultato è un componente metallico completamente denso. Questa tecnologia è particolarmente adatta per canali interni complessi che non possono essere lavorati meccanicamente. Il compromesso riguarda la finitura superficiale. Le superfici stampate necessitano di una successiva lavorazione per la realizzazione di sedi per cuscinetti e scanalature per guarnizioni.
Deposizione di energia diretta
La deposizione di energia diretta (DED) alimenta un raggio laser con polvere o filo metallico. Il materiale si fonde al contatto con il pezzo. La DED è particolarmente efficace per aggiungere elementi o riparare aree usurate. È meno comune per la produzione di involucri completi, ma risulta utile per la produzione ibrida. Si lavora un guscio di base e si aggiungono elementi stampati sulla sua superficie.
Anche la modellazione a deposizione fusa (FDM) gioca un ruolo importante, soprattutto nelle prime fasi di sviluppo. La FDM costruisce i componenti a partire da filamento fuso, strato dopo strato. Questi elementi stampati in 3D sono ideali per prototipi e parti a bassa sollecitazione. La FDM offre agli ingegneri un metodo rapido per verificare forma e dimensioni. Questi elementi portanti stampati in 3D con la tecnologia FDM fungono da pezzi di prova funzionali. Permettono di verificare gli spazi e l'assemblaggio prima di procedere al taglio del metallo. La modellazione a deposizione fusa offre un metodo affidabile per testare i progetti senza dover attendere la realizzazione degli stampi.
Processi di formatura e stampaggio
Casting di investimento
La microfusione inizia con un modello in cera. Il modello viene rivestito di ceramica. Dopo che la ceramica si è indurita, la cera si scioglie. Il metallo riempie lo spazio vuoto rimasto. Questo processo permette di realizzare forme interne complesse che la lavorazione meccanica non è in grado di raggiungere. La finitura superficiale e la precisione si collocano tra la stampa e la fusione.
Stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione forza la plastica fusa in uno stampo d'acciaio. È un processo rapido, con tempi di ciclo inferiori a un minuto. Il costo iniziale degli stampi è elevato, ma il costo per pezzo diminuisce con l'aumentare del volume di produzione. Per la produzione in grandi volumi di alloggiamenti per giunti di esoscheletri, lo stampaggio a iniezione risulta la soluzione migliore. Il processo garantisce dimensioni uniformi su migliaia di pezzi. NOBLE riunisce tutti questi metodi in un unico fornitore. Ciò significa che è possibile realizzare prototipi con la stampa, validare con la fusione e scalare la produzione con lo stampaggio o la lavorazione meccanica.
Considerazioni di progettazione per un alloggiamento di giunzione per esoscheletro
L'alloggiamento di un giunto di un esoscheletro deve sopportare carichi senza piegarsi. Deve inoltre rimanere leggero. Ogni grammo in più significa che i motori devono lavorare di più. Gli ingegneri cercano di bilanciare queste due esigenze in ogni fase del progetto.
Integrità strutturale e ottimizzazione del peso
Ottimizzazione topologica e nervature
L'ottimizzazione topologica individua le aree in cui il materiale è maggiormente necessario. Il software parte da un blocco di materiale e rimuove tutto ciò che non è soggetto a sollecitazioni. Ciò che rimane ha l'aspetto di una struttura naturale, sottile ed efficiente. Le nervature aggiungono rigidità alle pareti sottili. Le nervature posizionate lungo i percorsi di carico impediscono alle pareti di deformarsi. Un buon schema di nervature può aumentare significativamente la rigidità di un guscio. La resistenza dell'intero alloggiamento dipende da come le nervature si collegano alle sedi dei cuscinetti e ai supporti di montaggio.
Validazione dell'analisi agli elementi finiti
L'analisi agli elementi finiti verifica il progetto prima del taglio del metallo. Gli ingegneri creano una mesh di piccoli elementi sul componente, applicando carichi e vincoli. Il software calcola le sollecitazioni e le deformazioni in ogni punto, individuando tempestivamente le aree di debolezza. Per i componenti in fibra di carbonio, gli ingegneri utilizzano un modello di materiale ortotropo che tiene conto dei diversi valori di rigidità nelle diverse direzioni. Il metodo degli elementi finiti aiuta a confrontare le diverse opzioni. Eseguendo la stessa analisi su alluminio, titanio e fibra di carbonio, si può individuare il materiale che gestisce meglio il carico. Il metodo degli elementi finiti convalida anche il posizionamento delle nervature. I risultati dell'analisi FEM guidano la scelta della forma finale e del materiale.
Gestione termica e resistenza all'usura
Percorsi di dissipazione del calore
Il calore proviene da diverse fonti all'interno dell'involucro. Attuatori e motori generano calore durante l'uso. I componenti elettronici interni contribuiscono ulteriormente al riscaldamento. Il calore corporeo dell'utente peggiora la situazione. I punti di contatto delle giunzioni si surriscaldano a causa dell'attrito e delle sollecitazioni. La scarsa ventilazione intorno alle giunzioni intrappola il calore. Gli strati isolanti dell'imbottitura impediscono la dissipazione del calore. L'umidità del sudore riduce il raffreddamento e causa irritazioni cutanee. Il funzionamento dinamico crea carichi termici variabili. Gli ingegneri progettano percorsi per la dissipazione del calore. Utilizzano alette, cuscinetti conduttivi e canali di flusso d'aria per allontanare il calore dalle parti sensibili.
Trattamenti Superficiali e Rivestimenti
I gusci esterni sono realizzati in plastica ABS, fibra di carbonio o leghe di alluminio. Ogni materiale conduce e isola il calore in modo diverso. Gli strati interni di contatto sono in memory foam e rete. Questi materiali proteggono l'utente ma trattengono anche il calore. I polimeri organici combinati con tessuti aumentano l'isolamento termico. Questo maggiore isolamento modifica la risposta termica dell'intera articolazione. Rivestimenti come l'anodizzazione dura sull'alluminio aggiungono uno strato resistente all'usura. Migliorano la resistenza alla corrosione per l'uso medico o esterno.
Accessibilità per il montaggio e la manutenzione
Progettazione modulare per la sostituzione sul campo
La progettazione modulare consente a un tecnico di sostituire rapidamente un involucro danneggiato. Elementi di fissaggio e connettori standard riducono i tempi di inattività. Il giunto modulare deve avere la stessa resistenza del progetto originale. I test dimostrano che la connessione resiste a carichi ripetuti. Questo approccio supporta anche gli aggiornamenti. Un attuatore più recente può essere installato nello stesso alloggiamento.
Gestione dell'accumulo di tolleranze
Le tolleranze si sommano lungo tutto l'assemblaggio. Un foro dell'albero al suo limite superiore e un cuscinetto al suo limite inferiore creano un accoppiamento lasco. Questo accoppiamento lasco causa vibrazioni e rumore. L'analisi dell'accumulo delle tolleranze prevede il gioco peggiore. Gli ingegneri regolano le singole tolleranze per mantenere l'assemblaggio finale entro le specifiche. La precisione del giunto finale dipende dalla gestione di questi accumuli. La resistenza dei giunti bullonati dipende dal corretto precarico. Un bullone allentato riduce la resistenza del collegamento. Un bullone stretto rovina la filettatura. Una buona gestione degli accumuli garantisce il corretto funzionamento di ogni elemento di fissaggio.
Materiali comunemente utilizzati per l'alloggiamento delle articolazioni di un esoscheletro
I materiali utilizzati per gli alloggiamenti delle articolazioni degli esoscheletri sono molto vari. Tra i più comuni si annoverano le leghe di alluminio e l'acciaio, apprezzati per l'elevato rapporto resistenza-peso e la resistenza alla fatica. Vengono impiegati anche polimeri come l'ABS, soprattutto per i prototipi stampati in 3D. Ogni materiale presenta vantaggi e svantaggi specifici.
Metalli
Alluminio 6061-T6 e 7075-T6
Le leghe di alluminio 6061-T6 e 7075-T6 sono due delle leghe più comuni utilizzate per gli alloggiamenti dei giunti. Si lavorano bene e offrono una buona resistenza. Tuttavia, differiscono per alcuni aspetti fondamentali. Ecco un confronto:
| Proprietà | 6061‑T6 | 7075‑T6 / 7075‑T651 |
| Resistenza alla trazione | 276 MPa | 503 MPa |
| Resistenza alla fatica | 96 MPa | 160 MPa |
| Modulo elastico | 71.0 GPa | 71.7 GPa |
| Resistenza alla Corrosione | Film di ossido di Al₂O₃ autopassivante (stabile) | Contiene l'1.2-2.0% di rame; richiede un rivestimento |
| Requisiti di rivestimento | Nessuno adatto ad ambienti difficili | Deve essere passivato o rivestito |
Il passaggio dalla lega 6061 alla 7075 riduce l'area della sezione trasversale di circa il 45% a parità di carico di trazione. La rigidità, tuttavia, rimane pressoché invariata. Se il problema principale nella progettazione è la resistenza all'instabilità, la lega 7075 non offre alcun vantaggio. Per un utilizzo ad alto numero di cicli, la scelta migliore ricade sulla lega 7075 o sulla fibra di carbonio. Rivestimenti multistrato avanzati, termoindurenti o anodizzati, sigillano le microporosità della lega 7075-T6. Questi rivestimenti impediscono la formazione di cricche da tensocorrosione causate dall'umidità sotto carico ciclico ad alta frequenza per oltre 10 milioni di cicli di andatura. Le superfici anodizzate dure e sigillate resistono inoltre a oltre 2,000 ore di test in nebbia salina senza subire vaiolatura.
Titanio Ti-6Al-4V
Il titanio Ti‑6Al‑4V è più resistente di entrambe le leghe di alluminio e più leggero dell'acciaio. Resiste bene al calore e alla corrosione. Viene spesso utilizzato negli esoscheletri medicali perché si adatta al corpo umano. Il compromesso è rappresentato dal costo e dalla difficoltà di lavorazione. Il titanio oppone resistenza all'utensile da taglio e costa di più al chilo. Tuttavia, per le applicazioni in cui peso e resistenza alla corrosione sono fondamentali, colma una lacuna che l'alluminio non può colmare.
Acciaio inossidabile 17-4 PH
L'acciaio inossidabile 17-4 PH viene utilizzato per le parti soggette a forte usura degli alloggiamenti dei giunti. Alloggiamenti dei cuscinetti, perni di giunzione e punti di snodo sono tutti materiali impiegati. È pesante, ma resistente ed economico. Alcuni esoscheletri passivi utilizzano acciaio per molle per l'immagazzinamento di energia elastica. Le leghe speciali sono in grado di gestire carichi ciclici estremi. L'acciaio non è la prima scelta per le applicazioni in cui il peso è un fattore critico, ma in termini di durata si dimostra un materiale valido.
Polimeri e Compositi
PEEK e PEI
Il PEEK e il PEI (venduto come Ultem) sono tecnopolimeri utilizzati per boccole e superfici di appoggio delle giunzioni. Resistono all'usura senza bisogno di lubrificazione, il che riduce peso e costi. Possono inoltre essere stampati in forme che sarebbero costose da realizzare con l'alluminio. Per gli alloggiamenti delle giunzioni degli esoscheletri, questi materiali plastici sono particolarmente adatti laddove la lubrificazione non è praticabile.
Compositi in fibra di carbonio e fibra di vetro
I polimeri rinforzati con fibra di carbonio presentano un eccellente rapporto resistenza-peso. Tuttavia, sono fragili e si danneggiano facilmente a seguito di urti. I materiali della matrice si degradano a causa dei raggi UV, delle variazioni di temperatura e dell'umidità, causando delaminazione e perdita di resistenza. I compositi in fibra di vetro costano meno ma pesano di più. Entrambi richiedono un'attenta progettazione per evitare cedimenti improvvisi.
PLA e ABS per prototipi stampati in 3D
Per i prototipi in fase iniziale, ABS e PLA sono materiali comunemente utilizzati. Gli ingegneri si affidano alla modellazione a deposizione fusa (FDM) per stampare rapidamente questi componenti. Il filamento polimerico viene alimentato attraverso un ugello riscaldato e si deposita a strati. Questi elementi portanti stampati in 3D sono adatti per verificare l'aderenza e gli spazi liberi. Non sono destinati alla produzione finale, ma la modellazione a deposizione fusa offre un metodo rapido per testare le forme. Gli ingegneri si affidano alla stampa per la sua velocità e i bassi costi. Le proprietà del materiale di questi componenti stampati sono sufficienti per la prototipazione. Ecco perché la stampa con ABS è così comune nelle fasi iniziali.
Criteri di selezione e compromessi tra punti di forza e di debolezza
Rapporto forza-peso
Esiste un compromesso fondamentale tra resistenza, peso e durata. Le leghe di alluminio sono leggere ma tendono a cedere sotto carichi ripetuti. L'acciaio offre una maggiore resistenza ma aggiunge peso, riducendo la durata della batteria e il comfort dell'utente. I compositi in fibra di carbonio hanno un ottimo rapporto resistenza-peso, ma si rompono in modi difficili da prevedere.
Costo e lavorabilità
Il costo e il volume di produzione determinano la scelta dei materiali. L'alluminio 6061 è economico e facile da reperire. La fibra di carbonio è costosa e la sua produzione è lenta. Per le produzioni a basso volume si predilige il metallo lavorato. Per le produzioni ad alto volume, invece, è giustificato lo stampaggio a iniezione della plastica. Anche la lavorabilità è importante. L'alluminio si taglia velocemente, mentre il titanio usura gli utensili.
Resistenza alla corrosione e alla fatica
La resistenza alla corrosione mantiene il giunto funzionante anche in condizioni difficili. L'alluminio 6061 forma spontaneamente uno strato di ossido stabile. Il 7075 necessita di un rivestimento a causa del suo contenuto di rame. Anche la resistenza alla fatica è fondamentale. L'alluminio 6061-T6 ha una resistenza alla fatica di 96 MPa, mentre il 7075-T6 raggiunge i 160 MPa. Per un utilizzo ad alto numero di cicli, il 7075 o la fibra di carbonio sono le opzioni migliori. Spesso, il punto di rottura è rappresentato dai meccanismi stessi del giunto. I cuscinetti a sfera e le boccole tradizionali si usurano rapidamente sotto carichi ad alta frequenza. Un cuscinetto all'interno dell'alloggiamento deve affrontare le stesse esigenze: deve sopportare cicli ripetuti senza usurarsi. La mancanza di materiali autolubrificanti efficaci aumenta le necessità di manutenzione. Gli ingegneri valutano le proprietà meccaniche, come la resistenza alla fatica, nella scelta del materiale. La resistenza dell'intero assemblaggio dipende dalla scelta corretta. Eseguono anche analisi agli elementi finiti per verificare il comportamento sotto carico. Le proprietà del materiale guidano ogni decisione. Scegliere il materiale giusto è fondamentale per garantire la durata del giunto e prevenire guasti prematuri.
L'esperienza di NOBLE nell'alloggiamento congiunto degli esoscheletri
NOBLE è un partner di produzione che lavora con metallo e plastica. Realizziamo componenti per l'alloggiamento delle articolazioni degli esoscheletri per team che necessitano di tolleranze ristrette e qualità costante. La nostra officina si occupa sia della lavorazione del metallo che della plastica. Questa combinazione è fondamentale, perché l'alloggiamento di un'articolazione raramente utilizza un solo materiale.
Capacità di lavorazione di metalli e materie plastiche
Lavorazione CNC, fusione e stampaggio a iniezione
Eseguiamo lavorazioni CNC, fusione e stampaggio a iniezione, tutto in un unico stabilimento. Questo significa che un guscio in alluminio lavorato, un supporto per attuatore fuso e una staffa per sensore stampata possono provenire tutti da noi. In questo modo si evitano le complicazioni che si creano quando tre fornitori si rimpallano le responsabilità. Per i componenti in plastica, stampiamo ABS e altri materiali tecnici. Offriamo anche il supporto per la stampa 3D per prototipi e attrezzature preliminari. Se avete bisogno di un prototipo rapido prima della realizzazione dello stampo, la stampa 3D vi permette di ottenere un componente in tempi brevi.
Servizi di progettazione, prototipazione e assemblaggio
Il nostro team vi assiste nella progettazione, nella prototipazione e nell'assemblaggio. Analizziamo i vostri disegni, segnaliamo le caratteristiche difficili da realizzare e suggeriamo modifiche per ridurre i costi. Segue la realizzazione dei prototipi, poi l'assemblaggio completo. Prima della spedizione, inseriamo le sedi dei cuscinetti, installiamo gli anelli di ritegno e verifichiamo gli accoppiamenti. La robustezza del prodotto finale dipende da queste fasi, pertanto consideriamo l'assemblaggio parte integrante della produzione, non un'operazione da aggiungere in un secondo momento.
Certificazioni e prove di qualita
Possediamo le certificazioni di qualità pertinenti, comprese quelle per i dispositivi medici. Queste certificazioni non sono solo un ornamento, ma influenzano il modo in cui documentiamo il lavoro, formiamo il personale e gestiamo le modifiche agli ordini.
Protocolli completi di tracciabilità e ispezione
Ogni lotto può essere ricondotto al relativo certificato del materiale e al registro di lavorazione. Ispezioniamo le materie prime in entrata, le lavorazioni in corso e i pezzi finiti. I controlli con la macchina di misura a coordinate (CMM) confermano il diametro del foro, la posizione del foro e la planarità. Se una dimensione si discosta, la rileviamo prima che diventi un problema di accumulo. Questa disciplina garantisce la solidità di ogni giunzione e il rispetto delle tempistiche.
Dalla progettazione all'assemblaggio
Supporto ingegneristico collaborativo
Lavoriamo come un'estensione del vostro team di ingegneri. Inviateci un modello e vi diremo quali macchinari utilizza, quanto costa e dove potrebbe guastarsi. Questo scambio continuo di informazioni consente di evitare cicli di revisione.
Produzione e collaudo end-to-end
Dalla realizzazione del primo prototipo alla produzione in serie, ci occupiamo di lavorazione meccanica, stampaggio, finitura e collaudo. Avrete un unico partner, un unico sistema di qualità e un unico punto di contatto. Questa è l'essenza di NOBLE.
Ogni alloggiamento per giunto di un esoscheletro si basa sugli stessi componenti principali: il guscio principale, le sedi dei cuscinetti, i supporti per attuatori e motori, le staffe dei sensori e i componenti di tenuta e ritenzione. Ciascuno di essi ha un proprio processo di produzione, obiettivi di precisione e opzioni di materiali. Tali scelte devono essere compatibili con il carico, il peso e l'ambiente a cui il giunto sarà sottoposto.
Lavorazione meccanica, fusione, stampaggio e stampa 3D giocano tutti un ruolo importante. Così come la scelta del materiale, che deve trovare un equilibrio tra resistenza, peso, costo e resistenza alla corrosione. Se l'alloggiamento è progettato correttamente, il giunto funzionerà alla perfezione.
Domande frequenti sull'alloggiamento congiunto dell'esoscheletro
Di che materiale è fatto l'alloggiamento di un giunto di un esoscheletro?
Gli alloggiamenti delle articolazioni degli esoscheletri sono spesso realizzati in leghe di alluminio come la 6061-T6. Il titanio Ti-6Al-4V viene utilizzato in ambito medico o in ambienti corrosivi. I polimeri rinforzati con fibra di carbonio offrono il miglior rapporto resistenza-peso. Il PEEK è adatto per boccole e superfici di appoggio. La scelta dipende dal carico, dal peso e dall'ambiente di applicazione.
Perché la precisione della sede del cuscinetto è così importante?
Se il foro è troppo largo, il cuscinetto può girare a vuoto. Se è troppo stretto, la pista di rotolamento si schiaccia. In entrambi i casi, il giunto disperde energia e si usura rapidamente. Il diametro del foro, la rotondità, la coassialità e la perpendicolarità proteggono il cuscinetto. Se questi parametri sono corretti, il giunto funzionerà senza problemi per migliaia di cicli.
È possibile stampare in 3D un alloggiamento per le articolazioni di un esoscheletro?
È possibile stampare prototipi, ma i pezzi stampati non sono resistenti quanto quelli in metallo lavorato. La modellazione a deposizione fusa (FDM) è ideale per le verifiche preliminari di accoppiamento e tolleranza. La produzione additiva di metalli consente di realizzare componenti metallici densi con canali interni complessi. Questi componenti necessitano comunque di lavorazione meccanica dopo la stampa per la realizzazione delle sedi dei cuscinetti e delle scanalature di tenuta.
Quali tolleranze sono necessarie per le staffe dei sensori?
La posizione dei fori di montaggio, l'orientamento del sensore, la planarità della superficie e la ripetibilità devono essere rigorosamente controllati. Anche la stabilità termica è importante, poiché i materiali si dilatano a velocità diverse.
In che modo le guarnizioni e i fermi proteggono il giunto?
Le guarnizioni impediscono l'ingresso di polvere, acqua e sporco. Inoltre, trattengono il lubrificante. Gli elementi di ritegno impediscono alle guarnizioni di fuoriuscire e ai cuscinetti di muoversi. I materiali delle guarnizioni vengono scelti in base all'ambiente di utilizzo; gli anelli metallici, ad esempio, resistono bene alle vibrazioni e ai ripetuti cicli di montaggio.
Che cos'è l'ottimizzazione topologica nella progettazione residenziale?
L'ottimizzazione topologica inizia con un blocco solido di materiale. Il software rimuove tutto il materiale che non sopporta sollecitazioni. Il risultato è una forma sottile ed efficiente dall'aspetto naturale. Le nervature rendono le pareti sottili più rigide. Un buon schema di nervature può aumentare significativamente la rigidità di una calotta.
Perché l'alluminio 7075 necessita di un rivestimento?
L'alluminio 7075 contiene rame, che impedisce la formazione dello strato di ossido naturale. Senza questo strato, l'umidità può causare cricche da tensocorrosione. Un rivestimento passivante o anodizzato sigilla la superficie. Le superfici anodizzate dure e sigillate possono resistere a oltre 2,000 ore di test in nebbia salina senza subire vaiolatura.
Quando è preferibile scegliere il titanio rispetto all'alluminio?
Il titanio Ti‑6Al‑4V è in grado di resistere al calore e alla corrosione in modi che l'alluminio non può. È inoltre biocompatibile, un aspetto importante per gli esoscheletri medicali. Gli svantaggi sono il costo e la difficoltà di lavorazione. Per le giunzioni in cui il peso è un fattore critico, in ambienti difficili o in ambito medico, il titanio rappresenta una soluzione valida dove l'alluminio non è adatto.
