Een exoskeletgewrichtbehuizing bestaat doorgaans uit verschillende hoofdonderdelen: de hoofdbehuizing, lagerzittingen, actuator- en motorsteunen, sensorbeugels, afdichtings- en bevestigingscomponenten en bevestigingsinterfaces. Dit buitenframe bevat actuatoren, motoren en transmissiesystemen en zorgt voor de krachtoverdracht en bewegingscontrole. De wereldwijde exoskeletmarkt zal naar verwachting groeien van 850 miljoen dollar in 2025 tot 2.2 miljard dollar in 2030, waardoor de precisie en materialen van deze onderdelen direct van invloed zijn op de prestaties. Het productieproces, de precisie-eisen en de materiaalkeuze voor elk onderdeel zijn cruciaal voor het bereiken van de betrouwbaarheid en duurzaamheid die vereist zijn in moderne exoskeletten. Inzicht in deze factoren is essentieel voor het produceren van effectieve gewrichten.
Hoofdbehuizing in een exoskelet-verbindingsbehuizing
De hoofdbehuizing is de belangrijkste dragende structuur van een exoskeletgewricht. Deze omsluit de actuator, motor en transmissie en vangt daardoor de grootste belasting op die het gewricht te verduren krijgt. Zie het als het skelet van het skelet. Als deze behuizing buigt of vervormt, raakt het hele gewricht uit balans en lijden de slijtageonderdelen binnenin daaronder.
Productieprocessen voor de hoofdschaal
CNC-bewerking uit massief materiaal
CNC-bewerking uit massief aluminium is de beste keuze voor uiterst nauwkeurige behuizingen. Een massief blok AL6061-T6 aluminium wordt tot de uiteindelijke vorm gefreesd. Deze legering wordt vaak gebruikt bij de productie van exoskeletbehuizingen omdat deze zich goed laat bewerken en nauwe toleranties behoudt. Het werkproces volgt doorgaans een vaste volgorde:
- Kies het materiaal — AL6061-T6 aluminium is een veelgebruikt uitgangspunt voor behuizingen van exoskeletten.
- Beheers de maattoleranties tijdens de bewerking, met name bij bevestigingspunten en interfaces met andere modules, zodat alles tijdens de montage perfect op elkaar aansluit.
- Behoud de structurele integriteit rondom dunwandige gedeelten en complexe details om vervorming of verzwakking te voorkomen.
- Werk het oppervlak af — reinig het onderdeel eerst, straal het vervolgens met zand en anodiseer het. Zandstralen verwijdert gereedschapssporen en stapmarkeringen voor een matte, egale uitstraling. Anodiseren zorgt voor corrosiebestendigheid, een hard en krasbestendig oppervlak en een betere afwerking.
Spuitgieten en precisiegieten
Spuitgieten en precisiegieten worden ook gebruikt voor de hoofdbehuizing. Spuitgieten is een goede optie voor grotere volumes, waarbij de kosten per onderdeel belangrijk zijn. Precisiegieten is geschikt voor complexe interne geometrieën. Beide methoden verkorten de bewerkingstijd, maar leveren wel wat precisie in ten opzichte van gieten uit massief materiaal.
Additieve productie voor prototypes
Additieve productie, oftewel 3D-printen, komt vooral tot zijn recht bij het prototypen. Dankzij printen kunnen ingenieurs de pasvorm en vorm testen voordat ze zich vastleggen op de productie van mallen. Je kunt 's nachts een behuizing printen, deze op een testopstelling monteren en 's ochtends al iets leren. De afweging is duidelijk: printen biedt snelheid en geometrische vrijheid, maar de mechanische eigenschappen van geprinte onderdelen blijven doorgaans achter bij die van gesmeed metaal.
Precisie-eisen voor de hoofdbehuizing
Dimensionale en geometrische toleranties
Precisie begint bij de verbindingspunten. Boutgaten, lagerboringen en aansluitvlakken van modules vereisen allemaal nauwkeurige controle. Een slordige tolerantie bij één verbindingspunt heeft een domino-effect op de hele assemblage. Geometrische toleranties omvatten vlakheid, loodrechtheid en positionering, en deze specificaties voorkomen dat de behuizing vervormt.
Specificaties oppervlakteafwerking
De oppervlakteafwerking beïnvloedt de vermoeiingslevensduur en de afdichtingsprestaties. Ruwe oppervlakken creëren spanningsconcentraties waar scheuren ontstaan. Ze beschadigen ook O-ringen en pakkingen. Zandstralen en anodiseren verbeteren het oppervlak, maar de onderliggende machinale afwerking blijft de basis.
Materialen voor de hoofdschaal
De materiaalkeuze bepaalt het gewicht, de kosten en de duurzaamheid. Hieronder een vergelijking van de meest voorkomende opties:
| Materiaal | Sleuteleigenschappen | Typische toepassingen |
| aluminiumlegering | Kosteneffectief, gemakkelijk te bewerken, goede oppervlakteafwerking, geschikt voor grote volumes. | Massaal geproduceerde behuizingen, kostengevoelige onderdelen |
| Titanium legering | Hittebestendig, biocompatibel, corrosiebestendig | Corrosieve omgevingen of omgevingen met hoge temperaturen |
| Koolstofvezelversterkt polymeer | Optimale sterkte-gewichtsverhouding, vrijwel geen thermische uitzetting, hoge stijfheid | Precisie-instrumentbehuizingen, prestatieframes |
Aluminiumlegeringen 6061 en 7075
Aluminium 6061 en 7075 vormen de basis voor de meeste behuizingen. De 6061-kwaliteit laat zich goed lassen en bewerken. De 7075-kwaliteit is sterker, maar duurder en lastiger te bewerken met een frees. Voor kostenbewuste productie op grote schaal is aluminium de beste keuze.
Titaniumlegering Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V is bestand tegen hitte en corrosie, iets wat aluminium niet kan. Bovendien is het biocompatibel, wat belangrijk is voor medische exoskeletten. De nadelen zijn de prijs en de bewerkingsmoeilijkheden.
Koolstofvezelversterkte polymeren
CFRP biedt de beste sterkte-gewichtsverhouding van de groep. Het heeft bovendien een vrijwel nul thermische uitzetting en een hoge stijfheid. Precisiebehuizingen voor optische en meetapparatuur worden om precies deze redenen gebruikt. De aanschafprijs is het hoogst, maar de onderhoudskosten blijven laag.
Geen enkel materiaal is overal de beste keuze. De juiste keuze hangt af van de bedrijfsomstandigheden, het volume en het budget. Ingenieurs gebruiken vaak FEM-analyses om spanningspaden te vergelijken tussen verschillende ontwerpen. FEM-analyses valideren ook of een behuizing aan de sterkte-eisen voldoet voordat er metaal wordt bewerkt. Lichtere materialen zoals ABS worden vaker gebruikt in prototypebeugels dan in dragende behuizingen, omdat hun sterkte niet kan tippen aan die van metaal. In de praktijk zijn de productiemethode en de materiaalkeuze onlosmakelijk met elkaar verbonden – je kunt ze niet loskoppelen.
Lagerzittingen en boringen in een exoskelet-gewrichtshuis
De lagerzittingen en -boringen vormen het hart van elke behuizing van een exoskeletgewricht. Ze houden de lagers vast die ervoor zorgen dat het gewricht soepel kan draaien. Als deze zittingen niet goed zijn, verspilt het gewricht energie en slijt het snel. De passing tussen de boring en het lager beïnvloedt de efficiëntie en slijtvastheid van het gewricht. Een te ruime boring laat het lager ronddraaien. Een te nauwe boring drukt de lagerring samen. In beide gevallen begeeft het gewricht het.
Productieprocessen voor lagerzittingen
Precisieboren en -ruimen
Precisieboren zorgt voor een nauwsluitende boring. Een enkelpuntsgereedschap draait in het gat en verwijdert materiaal. De operator kan de snede in zeer kleine stapjes aanpassen. Deze controle maakt boren perfect voor werk met nauwe toleranties. Na het boren volgt het ruimen, wanneer het gat een gladdere afwerking nodig heeft. Een meerzijdige ruimer verwijdert een dunne laag materiaal en laat een schone, ronde boring achter. Samen vormen deze twee stappen de basis voor een goede lagerzitting.
Slijpen en honen
Slijpen wordt toegepast wanneer de boring een nog fijnere afwerking nodig heeft. Een slijpschijf draait tegen het oppervlak van de boring en verwijdert kleine hoeveelheden materiaal. Het resultaat is een zeer glad oppervlak met nauwkeurige maatvoering. Honen gaat nog een stap verder. Een hoonmachine gebruikt slijpstenen om de boring te polijsten en kleine vormafwijkingen te corrigeren. Dit proces verbetert de rondheid en rechtheid. Voor een exoskelet-gewrichtsbehuizing die constant in beweging is, zijn deze stappen van belang. Ze verminderen wrijving en verlengen de levensduur van het lager.
Precisie-eisen voor lagerzittingen
Boringdiameter en rondheid
De tolerantie van de boringdiameter bepaalt hoe het lager past. Te veel speling zorgt ervoor dat het lager rammelt. Te weinig speling zorgt ervoor dat het lager vastloopt. Rondheid voorkomt dat de lagerbaan vervormt onder belasting. Een niet-rondse boring drukt het lager op bepaalde punten samen. Deze ongelijke druk veroorzaakt vroegtijdige slijtage. De vereiste precisie is hier een van de hoogste in de hele behuizing.
Coaxialiteit en loodrechtheid
Coaxialiteit zorgt ervoor dat twee of meer boringen dezelfde hartlijn delen. Bij een verbinding met lagers aan beide zijden zorgt een verkeerde uitlijning ervoor dat de as buigt. Die buiging belast de lagers ongelijkmatig. Loodrechtheid zorgt ervoor dat de boring haaks op het montagevlak staat. Als de boring kantelt, draagt het lager een axiale belasting waarvoor het niet is ontworpen. Beide kenmerken beschermen het lager en de as. Ze zorgen er ook voor dat de verbinding duizenden cycli lang nauwkeurig blijft functioneren.
Materialen voor lagerzittingen
De materiaalkeuze voor lagerzittingen hangt af van de belasting, de snelheid en de smering. Hieronder een vergelijking van de meest voorkomende opties:
| Materiaal | Kenmerken | Maximale gebruikstemperatuur |
| Maagdelijke PTFE | Hoge chemische bestendigheid en operationele efficiëntie | 200 ℃ |
| HYPATITE® PTFE | Lagere monomeerpermeabiliteit en hogere weerstand tegen compressie en kruip dan andere PTFE-materialen. | 260 ℃ / 270 ℃ |
| Met koolstof gevulde PTFE | Uitstekende hitte- en slijtvastheid | 260 ℃ / 270 ℃ |
| FILLTITE® | De hoogste hittebestendigheid onder materialen op basis van PTFE. | 300 ℃ |
| grafiet | Uitstekend geschikt voor gebruik bij hoge temperaturen. | 500 ℃ |
| Metaal | Uitstekend geschikt voor toepassingen bij hoge temperaturen en slijtage. | 500 ℃ / 525 ℃ |
| PEEK | Hogere hittebestendigheid en mechanische sterkte | 270 ℃ |
| Glasvezelversterkt PTFE met MoS2 | Hogere slijtvastheid en operationele efficiëntie | 230 ℃ |
| Nylon met MoS2 | Hogere mechanische sterkte | 140 ℃ |
Inzetstukken van gehard staal
Inzetstukken van gehard staal zijn bestand tegen de zwaarste belastingen. Ze zijn slijtvast en behouden hun vorm onder druk. Wanneer een lagerzitting van gehard staal wordt gemaakt, blijft de boring zelfs na miljoenen cycli nauwkeurig. Deze inzetstukken worden in de behuizing geperst of vastgeschroefd. Het materiaal van de behuizing kan daardoor lichter en goedkoper zijn. Dit ontwerp met gesplitste onderdelen bespaart gewicht zonder aan sterkte in te boeten.
Brons- en messinglegeringen
Brons- en messinglegeringen bieden goede lagereigenschappen. Ze zijn zeer geschikt voor bewegende onderdelen. Bussen, hulzen, slijtplaten en glijdende onderdelen maken vaak gebruik van deze legeringen. C93200-brons is een veelgebruikte keuze voor dit soort toepassingen. Het heeft goede lagereigenschappen en is goed bestand tegen bewegende onderdelen. Deze legeringen zijn in sommige omgevingen ook beter bestand tegen corrosie dan staal. Ze zijn goedkoper dan gehard staal en gemakkelijk te bewerken.
Technische kunststoffen PEEK en PTFE
PEEK en de met PEEK gevulde compounds, met name die met PTFE, koolstofvezel of brons, hebben een lage wrijving en een goede slijtvastheid. Ze hebben geen smering nodig, zoals bij metaal-op-metaalcontact. Dit maakt PEEK een veelgebruikt alternatief voor brons, messing en gehard staal in bussen, lagers, tandwielen en slijtplaten. Het werkt goed in situaties waar smering onpraktisch, verboden of een risico op verontreiniging met zich meebrengt. PEEK-compounds van lagerkwaliteit, gevuld met PTFE en grafiet of koolstofvezel, lopen droog tegen metalen assen. Hun wrijvings- en slijtageprestaties zijn vergelijkbaar met die van bronzen bussen. Ze voorkomen ook de corrosie- en smeermiddelretentieproblemen van brons in omgevingen met reiniging of blootstelling aan chemicaliën. Voor een exoskeletgewrichtbehuizing die wordt gebruikt in cleanrooms of medische omgevingen, is dit van groot belang. De mechanische eigenschappen van PEEK blijven goed behouden bij herhaalde bewegingen. PTFE zorgt voor een nog lagere wrijving, maar minder sterkte. Ingenieurs combineren de twee vaak om de prestaties in balans te brengen.
Vanuit praktisch oogpunt bepaalt de lagerzitting het karakter van de verbinding. Een goed gemaakte zitting van het juiste materiaal zorgt ervoor dat een exoskeletverbinding jarenlang soepel blijft functioneren. Een slechte zitting begeeft het vroegtijdig en neemt het lager mee. Het lager binnenin is voor uitlijning en ondersteuning afhankelijk van deze zitting. Zorgt u voor de juiste boring, dan doen de lagers hun werk. Gaat het mis, dan kan geen enkele precisie elders de verbinding redden. Dezelfde logica geldt voor elk lager in de constructie. Elk lager heeft een zitting nodig die past bij de toleranties en het belastingsprofiel. Daarom verdient de afwerking van de lagerzitting evenveel aandacht als de hoofdbehuizing.
Actuator- en motorsteunen in een exoskeletgewrichtbehuizing
De gewrichten van exoskeletten voor de onderste ledematen zijn geschikt voor verschillende motortypes. Frameloze BLDC-motoren worden gebruikt in de elleboog-, knie- en polsgewrichten. Ingenieurs gebruiken ook motoren met tandwielreductoren, motoren met Bowdenkabels, pneumatische actuatoren en serie-elastische actuatoren. Planetaire tandwielmotoren met hoog koppel, quasi-directe aandrijvingen en aandrijvingen met een hoge overbrengingsverhouding en harmonische tandwielen maken de lijst compleet. Elk actuatortype heeft een bevestiging nodig die de rotor exact uitlijnt met de aandrijflijn. Een niet-uitgelijnde bevestiging verspilt energie en zorgt voor snelle slijtage van onderdelen.
Productieprocessen voor actuatorbevestigingen
CNC-frezen en -boren
CNC-bewerking verzorgt de actuatorplaten. Vier afzonderlijke platen worden op de CNC-machine gefreesd. De stalen motor-tandwielkastkoppeling wordt op de draaibank gedraaid en afgevlakt, waarna deze op de freesmachine wordt geboord en verzonken. De encoderas doorloopt dezelfde stappen: afgedraaid op de draaibank en geboord op de freesmachine. De koppelingen tussen de actuatorarm en het mechanisme worden van aluminium gemaakt, op de draaibank gedraaid en op de freesmachine geboord. Deze bewerkingen bepalen hoe de boutgaten uitgelijnd zijn met het middelpunt van de boring.
Plaatbewerking en lassen
Plaatmetaal verlaagt de kosten voor frameonderdelen die geen zware lasten hoeven te dragen. De meeste onderdelen zijn gemaakt van dun aluminium plaatmetaal. Het werk komt neer op het snijden of boren van de plaat. Voor het cruciale onderdeel, de encoder-as, is een draaibank het meest geschikt. 3D-printen met hoge resolutie is ook een goede optie voor prototypes. Door lassen worden de onderdelen aan elkaar gelast tot een subframe dat aan de behuizing wordt vastgeschroefd.
Precisie-eisen voor actuatorbevestigingen
Gatpositietolerantie
Motorsteunen vereisen een gecontroleerde positie van de gaten in het boutpatroon. Nauwkeurige positioneringstoleranties voorkomen dat de bouten de motor uit het midden trekken. Een CMM of pencontrole zorgt ervoor dat de gaten goed uitgelijnd zijn. Het succes van de montage hangt af van de toepassing van GD&T op deze aspecten. Vermeld altijd vlakheid, loodrechtheid en nauwkeurige positionering op de tekeningen van de actuatorsteun. Zonder deze specificaties veroorzaakt de steun vanaf dag één trillingen.
Vlakheid en hoekuitlijning
De vlakheid van het montagevlak voorkomt dat de motor kantelt. De centreerboring en het boutpatroon worden gecontroleerd aan de hand van hetzelfde referentievlak. Deze controle detecteert kanteling voordat de motor wordt vastgeschroefd.
De positie van het gat alleen garandeert geen nauwkeurige hoekuitlijning. Een kleine loodrechtheidsfout aan de basis van de montage groeit uit tot een grotere afwijking op de werkhoogte van de motor. Loodrechtheid en ware positietoleranties, gekoppeld aan functionele referentiepunten, controleren die uitlijning nauwkeurig. Centreerpennen of machinaal bewerkte geleiders bieden de benodigde hoge precisie. Spelinggaten kunnen de dynamische belastingen van een draaiende motor niet aan.
Materialen voor actuatorbevestigingen
Het oppakken van materialen is afhankelijk van de lading, het gewicht en de omgevingsomstandigheden.
Roestvast staal
Roestvrij staal biedt corrosiebestendigheid en sterkte. Het is bestand tegen hogere belastingen van krachtige actuatoren. Het nadeel is het gewicht. Voor een gewricht in de onderste ledematen, waar duurzaamheid belangrijker is dan gewicht, is roestvrij staal een goede keuze.
Aluminiumlegeringen
Aluminiumlegeringen bieden een goede balans tussen sterkte en gewicht. Ze zijn snel te bewerken en goedkoper dan roestvrij staal. Voor montagesystemen die een gemiddelde belasting dragen, is aluminium de standaard. Dezelfde legeringen die in de hoofdbehuizing worden gebruikt – 6061 en 7075 – zijn hier geschikt. Hun eigenschappen sluiten aan op het belastingsbereik.
Met glas gevuld nylon
Glasvezelversterkt nylon biedt goede mechanische eigenschappen bij een lager gewicht dan metaal. Het is bestand tegen matige belastingen en vertoont geen kruip onder herhaalde spanning. Het materiaal is zeer geschikt voor lichtere verbindingen waar elke gram telt. Spuitgieten zorgt voor een snelle productie.
Precisie is essentieel voor de stabiliteit van de hele motorophanging. Een excentrische motor trilt, slijt de lagers en verbruikt energie. De motorophanging moet aan dezelfde eisen voldoen als de behuizing: de positie behouden, belastingen weerstaan en duizenden cycli doorstaan. Sommige geavanceerde ontwerpen voegen platen toe die met de aandrijflijn verbonden zijn, waardoor de uitlijning van de motorophanging nog crucialer wordt. De motorophanging moet de assen van de motor en de aandrijflijn uitgelijnd houden. Ingenieurs voeren FEM-analyses uit op het ontwerp van de motorophanging om spanningspaden te controleren en de stijfheid te bevestigen. De sterkte van de motorophanging hangt af van het materiaal, de geometrie en hoe de lassen of bevestigingsmiddelen in de rest van de constructie zijn geïntegreerd. Die capaciteit bepaalt of de motorophanging bestand is tegen extreme omstandigheden en duizenden cycli.
Sensorbeugels in een behuizing voor exoskeletgewrichten
Sensorbeugels en encoderbevestigingen in een exoskeletgewrichtbehuizing vereisen een hoge herhaalbaarheid en thermische stabiliteit. Waarom? De montagetolerantie bepaalt hoeveel van de gespecificeerde resolutie van een encoder bruikbaar blijft na installatie. Als de montage niet herhaalbaar is, kunnen bits met een lagere resolutie instabiel worden. Ingenieurs lossen dit dan op met shimming, micro-uitlijning, herkalibratie of filtering. Thermische stabiliteit is net zo belangrijk. Verschillende materialen zetten met verschillende snelheden uit, waardoor het sensorobject, de stator, de behuizing of de as ten opzichte van elkaar kunnen verschuiven. Zelfs de kleinste beweging heeft een negatieve invloed op de signaalkwaliteit. Dit probleem is het grootst bij encoders met een holle as, een laag profiel of een frameloos ontwerp, waarbij de rotor-statorrelatie afhankelijk is van de mechanische opbouw. Een systeem dat bij kamertemperatuur is uitgelijnd, kan na thermische uitzetting, veranderingen in de lagervoorspanning of structurele vervorming de juiste signaalgeometrie verliezen.
Productieprocessen voor sensorbeugels
CNC-bewerking voor kleine onderdelen
CNC-bewerking maakt de minuscule details van sensorbeugels mogelijk. Kleine uitsparingen, sleuven en montagegaten vereisen scherpe gereedschappen en lichte sneden. Een machinist kan deze details nauwkeurig positioneren zonder speciaal gereedschap. Voor kleine en middelgrote productievolumes biedt deze methode de beste precisie. Spanningsarm aluminium is een veelgebruikt basismateriaal omdat het na bewerking stabiel blijft.
Spuitgieten voor grote volumes
Spuitgieten wordt de standaard bij grotere productievolumes. Een stalen mal vormt de beugel in één keer, waardoor de cyclustijd tot seconden wordt teruggebracht. Het nadeel is de hogere aanschafprijs van de matrijs. Printen is ook geschikt voor prototypes, waardoor engineers de pasvorm kunnen testen voordat ze een mal laten maken. Bij grote series is spuitgieten voordeliger qua kosten per onderdeel.
Precisie-eisen voor sensorbeugels
De plaatsing van de montagegaten moet nauwkeurig zijn om herhaalbaarheid te garanderen. De oriëntatie van de sensor en de vlakheid van het oppervlak moeten binnen nauwe toleranties worden gecontroleerd om de signaalkwaliteit te behouden. Herhaalbaarheid van de afmetingen zorgt ervoor dat de montage consistent blijft na demontage en herinstallatie. Thermische stabiliteit zorgt ervoor dat de sensor uitgelijnd blijft wanneer de verbinding opwarmt. Een beugel die uitzet of verdraait door temperatuurschommelingen verstoort de meting. Zowel materiaalkeuze als geometrie spelen hierbij een rol.
Materialen voor sensorbeugels
Bij de materiaalkeuze wordt een balans gezocht tussen gewicht, sterkte en kosten. Veelgebruikte opties zijn onder andere spanningsarm aluminium voor precisie en stabiliteit, en andere metalen en polymeren voor gewichtsgeoptimaliseerde toepassingen. Spuitgietmaterialen zoals aluminium- en magnesiumlegeringen worden gebruikt voor lichtgewicht metalen onderdelen. Voor spuitgieten worden onder andere technische kunststoffen gebruikt.
Aluminium- en magnesiumlegeringen
Aluminium- en magnesiumlegeringen bieden goede mechanische eigenschappen bij een laag gewicht. Magnesium is lichter, maar corrodeert gemakkelijker. Aluminium biedt een betere balans voor de meeste beugels.
ABS en polycarbonaat
ABS en polycarbonaat zijn goede materialen voor gegoten beugels. ABS biedt een goede slagvastheid tegen lage kosten. Polycarbonaat voegt sterkte en transparantie toe. Beide materialen zijn geschikt voor gemiddelde belastingen.
PEEK voor hoge temperaturen
PEEK is bestand tegen hoge temperaturen waar andere kunststoffen het laten afweten. Het behoudt zijn sterkte en stijfheid, zelfs wanneer de verbinding heet wordt. De kosten liggen hoger, waardoor het geschikt is voor veeleisende toepassingen.
Afdichting en bevestiging in een exoskelet-gewrichtshuis
Afdichtingen en borgringen werken als het immuunsysteem van een exoskelet-gewrichtsbehuizing. Ze voorkomen dat stof, water en vuil naar binnen dringen. Zonder hen roesten lagers, verliezen sensoren aan nauwkeurigheid en gaan actuatoren voortijdig kapot. Een goede afdichting houdt ook het smeermiddel op zijn plaats. Borgringen houden alles bij elkaar. Ze voorkomen dat afdichtingen losraken en lagers verschuiven.
Productieprocessen voor afdichtingen en houders
Afdichtingen en borgringen worden geproduceerd door middel van spuitgieten of bewerkingsprocessen, afhankelijk van het materiaal en het volume. Persgieten is gebruikelijk voor elastomere afdichtingen, terwijl CNC-draaien wordt gebruikt voor borgringen.
Persvormen voor elastomere afdichtingen
Compressievormen geeft rubberen afdichtingen vorm door middel van warmte en druk. Een stuk rubber wordt in een verwarmde mal geplaatst. De mal sluit en het rubber spreidt zich uit om de vorm te vullen. Na uitharding heeft de afdichting de juiste vorm. Dit proces is geschikt voor O-ringen, pakkingen en op maat gemaakte lipafdichtingen. Het is geschikt voor grote volumes en houdt de gereedschapskosten redelijk.
CNC-draaien voor borgringen
CNC-draaien maakt borgringen van metaal of kunststof. Een draaibank snijdt de ringvorm, groeven en randen in één stap uit. Voor klikringen en spiraalringen wordt de basisvorm gecreëerd door te draaien. In extra stappen wordt de opening of gleuf uitgesneden. Draaien biedt nauwkeurige controle over de dikte en diameter van de ring. Die controle is belangrijk wanneer de ring met de juiste kracht in een groef klikt.
Precisie-eisen voor afdichtingen en houders
Groefafmetingen en oppervlakteafwerking
De afmetingen van de groef bepalen hoe goed een afdichting werkt. Een te diepe groef laat de afdichting bewegen. Een te ondiepe groef drukt de afdichting te hard aan. Beide problemen veroorzaken lekkage. Ook de oppervlakteafwerking aan de binnenkant van de groef is belangrijk. Een ruwe groef beschadigt de afdichtingslip tijdens de installatie. Een gladde groef zorgt ervoor dat de afdichting soepel op zijn plaats glijdt. Hetzelfde geldt voor de groeven van de borgring. Een ruwe groef kan spanning veroorzaken waardoor de ring kan barsten.
Toleranties voor interferentiepassing
Een perspassing houdt borgringen en afdichtingen op hun plaats zonder schroeven of bouten. Het buitenste deel is iets groter dan het binnenste deel. Door ze tegen elkaar te drukken ontstaat een stevige grip. Te veel perspassing kan de behuizing beschadigen. Te weinig perspassing zorgt ervoor dat het onderdeel losraakt. Ingenieurs berekenen de juiste hoeveelheid perspassing op basis van de gebruikte materialen en de belasting. Bij een gewrichtsbehuizing van een exoskelet is deze perspassing door trillingen nog belangrijker. Een losse borgring kan tijdens het lopen losraken.
Materialen voor afdichtingen en houders
Bij de materiaalkeuze wordt een balans gezocht tussen flexibiliteit, chemische bestendigheid en sterkte. Veelgebruikte materialen voor afdichtingen zijn elastomeren; voor houders worden vaak metalen of kunststoffen gebruikt.
Nitrilrubber en Viton
Nitrilrubber is goed bestand tegen olie en vet. Het is goedkoper dan Viton. Viton kan hogere temperaturen en sterkere chemicaliën verdragen. Voor een verbinding die wordt blootgesteld aan reinigingsmiddelen of zeer hoge temperaturen, is Viton veiliger. De keerzijde is de prijs.
Borgringen van roestvrij staal
Roestvrijstalen ringen hebben een hoge sterkte en zijn corrosiebestendig. Ze zijn bestand tegen trillingen en herhaaldelijk monteren. Het materiaal behoudt zijn vorm beter dan kunststof ringen. Voor zware belastingen is roestvrij staal de standaardkeuze.
PTFE en UHMWPE
PTFE heeft een lage wrijving en is bestand tegen chemicaliën. UHMWPE heeft een hoge slijtvastheid. Beide materialen zijn geschikt als steunringen of slijtdelen. Ze beschermen de hoofdafdichting tegen uitduwen of beschadiging. In een exoskelet-gewrichtsbehuizing zorgen deze materialen ervoor dat het gewricht langer meegaat. Ingenieurs voeren vaak FEM-analyses uit om te controleren hoe afdichtingen en houders zich onder belasting gedragen. De sterkte van het bevestigingssysteem hangt af van het materiaal, de vorm en de passing. Een zwakke houder begeeft het eerder dan de afdichting. Door dat falen kan vuil binnendringen en worden ook de lagers beschadigd. Hetzelfde geldt voor elk lager in de constructie. Elk lager heeft een afdichting en houder nodig die passen bij de toleranties en het belastingsprofiel. In de praktijk verdienen afdichting en bevestiging net zoveel aandacht als de hoofdbehuizing. Een goedkope afdichting kan een duur gewricht ruïneren.
Bewerking voor een behuizing van een exoskeletgewricht
Er zijn veel manieren om een behuizing voor een exoskeletgewricht te maken. Je kunt gebruikmaken van reguliere CNC-bewerking en spuitgieten. Ook additive manufacturing (3D-printen) is een optie. Elke methode biedt verschillende precisieniveaus en vormmogelijkheden. De beste keuze hangt af van het aantal dat je nodig hebt, je budget en de gewenste prestaties. Bedrijven zoals NOBLE, een toonaangevende fabrikant in China, bieden al deze opties op één plek aan. Dankzij hun expertise in bewerking kunnen klanten van prototype naar volledige productie gaan zonder van leverancier te hoeven wisselen.
Subtractieve processen
3-assige en 5-assige CNC-bewerking
Met een 3-assige CNC-machine worden basisvormen gemaakt. Het gereedschap beweegt in de X-, Y- en Z-richting, terwijl het werkstuk stilstaat. Dit werkt goed voor eenvoudige beugels en vlakke oppervlakken. Bij een 5-assige machine komen daar nog twee draaiassen bij. Het gereedschap kan ondersnijdingen en schuine oppervlakken in één bewerking bereiken. Dit is erg handig voor een behuizing voor een exoskeletgewricht met complexe rondingen. Minder bewerkingen betekenen een hogere nauwkeurigheid. 5-assig frezen is een veelgebruikte methode voor op maat gemaakte aluminium gewrichtsbehuizingen. Dynamische freesplannen helpen bij het bewerken van dunwandige onderdelen doordat ze voorkomen dat dunne secties gaan trillen tijdens het frezen.
Draai- en draai-freeswerkzaamheden
Draaien is een techniek om ronde vormen te creëren op een draaibank. Lagerzittingen, asboringen en borgringgroeven zijn allemaal afhankelijk van draaien. Het werkstuk draait rond terwijl het gereedschap erlangs beweegt. Draai-freesbewerkingen combineren draaien en frezen in één machine. Dit verkort de bewerkingstijd en zorgt voor een betere uitlijning van ronde en vlakke vormen. Precisiedraaien zorgt voor de strakke rondheid die lagerzittingen vereisen.
Additieve en 3D-printtechnologie
Additieve productie van metaal
Bij metaaladditieve productie worden onderdelen gemaakt van metaalpoeder. Een laser smelt elke laag en verbindt deze met de onderliggende laag. Het resultaat is een volledig dicht metalen onderdeel. Deze technologie werkt goed voor complexe interne kanalen die niet machinaal bewerkt kunnen worden. Het nadeel is de oppervlakteafwerking. Geprinte oppervlakken moeten nabewerkt worden voor lagerzittingen en afdichtingsgroeven.
Gerichte energiedepositie
Bij Directed Energy Deposition (DED) wordt metaalpoeder of -draad in een laserstraal gevoerd. Het materiaal smelt zodra het het onderdeel raakt. DED werkt het best voor het toevoegen van details of het repareren van slijtageplekken. Het wordt minder vaak gebruikt voor complete behuizingen, maar is wel nuttig voor hybride productie. Je bewerkt een basisbehuizing en voegt daar vervolgens geprinte details aan toe.
Fused deposition modeling (FDM) speelt ook een rol, vooral in de vroege ontwikkelingsfase. FDM bouwt onderdelen op uit gesmolten filament in lagen. Deze 3D-geprinte elementen zijn zeer geschikt voor prototypes en onderdelen die weinig belast worden. FDM biedt ingenieurs een snelle manier om de pasvorm en vorm te controleren. Deze dragende 3D-geprinte elementen van FDM dienen als functionele teststukken. Ze stellen je in staat om de speling en de montage te controleren voordat je metaal gaat bewerken. Fused deposition modeling biedt een betrouwbare manier om ontwerpen uit te proberen zonder te hoeven wachten op de matrijs.
Vorm- en gietprocessen
Investeringsgieten
Precisiegieten begint met een wasmodel. Dit model wordt bedekt met keramiek. Nadat het keramiek is uitgehard, smelt de was weg. Metaal vult de ontstane holte op. Met dit proces kunnen complexe interne vormen worden verwerkt die met machinale bewerking niet te bereiken zijn. De oppervlakteafwerking en precisie liggen tussen die van printen en gieten in.
Injection Molding
Spuitgieten perst gesmolten plastic in een stalen mal. Het proces verloopt snel, met cyclustijden van minder dan een minuut. De initiële kosten voor de matrijs zijn hoog, maar de kosten per onderdeel dalen bij grotere volumes. Voor een exoskeletgewrichtbehuizing die in grote volumes geproduceerd wordt, is spuitgieten de beste optie. Het proces garandeert consistente afmetingen voor duizenden onderdelen. NOBLE brengt al deze methoden samen bij één leverancier. Dat betekent dat u kunt prototypen met 3D-printen, valideren met gieten en opschalen met spuitgieten of machinale bewerking.
Ontwerpoverwegingen voor een behuizing voor exoskeletgewrichten
Een behuizing voor een exoskeletgewricht moet belastingen kunnen dragen zonder te buigen. Bovendien moet hij licht blijven. Elke extra gram betekent dat de motoren harder moeten werken. Ingenieurs proberen bij elke stap een balans te vinden tussen deze twee eisen.
Structurele integriteit en gewichtsoptimalisatie
Topologieoptimalisatie en ribbelvorming
Topologieoptimalisatie bepaalt waar het meeste materiaal nodig is. De software begint met een blok materiaal. Alles wat geen spanning draagt, wordt verwijderd. Wat overblijft, ziet eruit als een natuurlijke structuur: dun en efficiënt. Ribben verhogen de stijfheid van dunne wanden. Ribben die langs de belastingspaden zijn geplaatst, voorkomen dat de wanden knikken. Een goed ribbenpatroon kan de stijfheid van een behuizing aanzienlijk verhogen. De sterkte van de gehele behuizing hangt af van hoe de ribben verbonden zijn met de lagerzittingen en montageplaten.
Validatie van eindige-elementenanalyse
Eindige-elementenanalyse (FEM) controleert het ontwerp voordat het metaal wordt bewerkt. Ingenieurs maken een mesh van kleine elementen op het onderdeel. Ze passen belastingen en randvoorwaarden toe. De software berekent de spanning en doorbuiging op elk punt. Zo worden zwakke plekken vroegtijdig opgespoord. Voor onderdelen van koolstofvezel gebruiken ingenieurs een orthotroop materiaalmodel dat rekening houdt met verschillende stijfheidswaarden in verschillende richtingen. De eindige-elementenmethode helpt bij het vergelijken van opties. Door dezelfde analyse uit te voeren op aluminium, titanium en koolstofvezel, wordt duidelijk welk materiaal de belasting het beste kan dragen. De eindige-elementenmethode valideert ook de plaatsing van de ribben. De resultaten van de FEM-analyse zijn leidend voor de uiteindelijke vorm en materiaalkeuze.
Thermisch beheer en slijtvastheid
Warmteafvoerpaden
Warmte is afkomstig van verschillende bronnen in de behuizing. Actuatoren en motoren genereren warmte tijdens gebruik. De elektronica binnenin draagt bij aan de warmteontwikkeling. De lichaamswarmte van de gebruiker verergert dit. Contactpunten in de gewrichten worden heet door wrijving en spanning. Beperkte ventilatie rond de gewrichten houdt die warmte vast. Isolerende lagen in de bekleding blokkeren de warmteafvoer. Vocht van zweet vermindert de koeling en veroorzaakt huidirritatie. Dynamische werking creëert variabele thermische belastingen. Ingenieurs ontwerpen paden waarlangs warmte kan worden afgevoerd. Ze gebruiken koelvinnen, geleidende pads en luchtkanalen om warmte weg te leiden van gevoelige onderdelen.
Oppervlaktebehandelingen en coatings
De buitenste lagen zijn gemaakt van ABS-kunststof, koolstofvezel of aluminiumlegeringen. Elk materiaal geleidt en isoleert warmte op een andere manier. De binnenste contactlagen bestaan uit traagschuim en gaas. Deze materialen beschermen de gebruiker, maar houden ook warmte vast. Organische polymeren in combinatie met textiel verhogen de thermische isolatie. Deze verbeterde isolatie beïnvloedt de thermische respons van het gehele gewricht. Coatings zoals hard anodiseren op aluminium zorgen voor een slijtvaste laag. Ze verbeteren de corrosiebestendigheid voor medisch of buitengebruik.
Toegankelijkheid voor montage en onderhoud
Modulair ontwerp voor vervanging in het veld.
Dankzij het modulaire ontwerp kan een technicus snel een beschadigde behuizing vervangen. Standaard bevestigingsmiddelen en connectoren beperken de stilstandtijd. De modulaire verbinding moet qua sterkte overeenkomen met het originele ontwerp. Tests bewijzen dat de verbinding bestand is tegen herhaalde belastingen. Deze aanpak maakt ook upgrades mogelijk. Een nieuwere actuator past in dezelfde behuizing.
Beheer van tolerantie-ophoping
Toleranties tellen op in de hele assemblage. Een asboring op zijn bovengrens met een lager op zijn ondergrens zorgt voor een speling. Die speling veroorzaakt trillingen en lawaai. Tolerantie-analyse voorspelt de grootste speling. Ingenieurs passen individuele toleranties aan om de uiteindelijke assemblage binnen de specificaties te houden. De precisie van de uiteindelijke verbinding hangt af van het beheersen van deze tolerantiestapels. De sterkte van boutverbindingen is afhankelijk van de juiste voorspanning. Een losse bout vermindert de sterkte van de verbinding. Een te strakke bout beschadigt de schroefdraad. Goed tolerantiebeheer zorgt ervoor dat elke bevestiging correct functioneert.
Veelgebruikte materialen voor de behuizing van een exoskeletgewricht
De materialen die gebruikt worden voor de behuizing van een exoskeletgewricht zijn zeer divers. Veelgebruikte opties zijn aluminiumlegeringen en staal vanwege hun hoge sterkte-gewichtsverhouding en vermoeiingsweerstand. Ook polymeren zoals ABS worden vaak gebruikt, met name voor 3D-geprinte prototypes. Elk materiaal kent zijn eigen voor- en nadelen.
Metalen
Aluminium 6061-T6 en 7075-T6
Aluminium 6061-T6 en 7075-T6 zijn twee van de meest gebruikte legeringen voor koppelingsbehuizingen. Ze laten zich goed bewerken en bieden een goede sterkte. Maar ze verschillen op belangrijke punten. Hier volgt een vergelijking:
| Eigendom | 6061‑T6 | 7075‑T6 / 7075‑T651 |
| Treksterkte | 276 MPa | 503 MPa |
| Vermoeidheidssterkte | 96 MPa | 160 MPa |
| Elastische modulus | 71.0 GPa | 71.7 GPa |
| Corrosiebestendigheid | Zelfpassiverende Al₂O₃-oxidefilm (stabiel) | Bevat 1.2–2.0% koper; vereist een coating. |
| Coatingvereisten | Niet geschikt voor extreme omstandigheden. | Moet gepassiveerd of gecoat zijn. |
Overstappen van 6061 naar 7075 vermindert de dwarsdoorsnede met ongeveer 45% bij dezelfde trekbelasting. De stijfheid blijft echter vrijwel gelijk. Als knikken bepalend is voor het ontwerp, biedt 7075 geen voordeel. Voor intensief gebruik zijn 7075 of koolstofvezel de betere keuze. Geavanceerde thermohardende of geanodiseerde meerlaagse coatings dichten microporositeiten in 7075-T6 af. Deze coatings voorkomen door vocht veroorzaakte spanningscorrosie bij hoogfrequente cyclische belasting, zelfs na meer dan 10 miljoen loopcycli. Afgedichte, hard geanodiseerde oppervlakken zijn bovendien bestand tegen meer dan 2,000 uur zoutsproeitesten zonder putcorrosie.
Titaan Ti-6Al-4V
Titanium (Ti-6Al-4V) is sterker dan beide aluminiumlegeringen en lichter dan staal. Het is goed bestand tegen hitte en corrosie. Medische exoskeletten worden er vaak van gemaakt omdat het goed samengaat met het menselijk lichaam. De keerzijde is de prijs en de bewerkingsmoeilijkheid. Titanium is lastiger te bewerken en is duurder per kilo. Maar voor toepassingen waar gewicht en corrosiebestendigheid het belangrijkst zijn, vult het een leemte op die aluminium niet kan opvullen.
Roestvrij staal 17-4 PH
Roestvrij staal 17-4 PH wordt gebruikt in slijtagegevoelige onderdelen van gewrichten. Lagerhuizen, gewrichtspennen en draaipunten maken er allemaal gebruik van. Het is zwaar, maar sterk en goedkoop. Sommige passieve exoskeletten gebruiken verenstaal voor de opslag van elastische energie. Speciale legeringen zijn bestand tegen extreme cyclische belastingen. Staal is niet de eerste keuze voor gewichtskritische ontwerpen, maar qua duurzaamheid doet het zeker niet onder.
Polymeren en composieten
PEEK en PEI
PEEK en PEI (verkocht onder de naam Ultem) zijn technische kunststoffen die worden gebruikt voor gewrichtsbussen en lageroppervlakken. Ze zijn slijtvast zonder smering, wat gewicht en kosten bespaart. Bovendien kunnen ze worden gegoten in vormen die te duur zouden zijn om uit aluminium te bewerken. Voor een gewrichtsbehuizing in een exoskelet zijn deze kunststoffen zeer geschikt, vooral wanneer smering niet praktisch is.
Koolstofvezel- en glasvezelcomposieten
Koolstofvezelversterkte polymeren hebben een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding. Ze zijn echter bros en gevoelig voor stoten. De matrixmaterialen breken af onder invloed van UV-licht, temperatuurschommelingen en vocht. Dit veroorzaakt delaminatie en verlies van sterkte. Glasvezelcomposieten zijn goedkoper, maar wegen meer. Beide materialen vereisen een zorgvuldig ontwerp om plotselinge breuk te voorkomen.
PLA en ABS voor 3D-geprinte prototypes
Voor prototypes in een vroeg stadium worden ABS en PLA veel gebruikt. Ingenieurs gebruiken FDM (Fused Deposition Modeling) om deze onderdelen snel te printen. Het polymeerfilament wordt door een verwarmde spuitmond gevoerd en in lagen opgebouwd. Deze dragende 3D-geprinte elementen zijn zeer geschikt om de pasvorm en speling te controleren. Ze zijn niet bedoeld voor de uiteindelijke productie. FDM biedt echter een snelle manier om vormen te testen. Ingenieurs vertrouwen op printen vanwege de snelheid en de lage kosten. De materiaaleigenschappen van deze geprinte onderdelen zijn goed genoeg voor prototyping. Daarom wordt er in de beginfase zo vaak met ABS geprint.
Selectiecriteria en afwegingen tussen sterktes
Sterkte-gewichtsverhouding
Er bestaat een fundamentele afweging tussen sterkte, gewicht en duurzaamheid. Aluminiumlegeringen zijn licht van gewicht, maar hebben de neiging te bezwijken onder herhaalde belasting. Staal biedt een betere sterkte, maar voegt gewicht toe, wat ten koste gaat van de batterijduur en het gebruikerscomfort. Koolstofvezelcomposieten hebben een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding, maar bezwijken op manieren die moeilijk te voorspellen zijn.
Kosten en bewerkbaarheid
Kosten en productievolume bepalen de materiaalkeuze. 6061 is goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar. Koolstofvezel is duur en de productie ervan duurt lang. Bij kleine oplages is bewerkt metaal geschikter. Bij grote oplages is spuitgieten van kunststof de beste optie. Bewerkbaarheid speelt ook een rol. Aluminium laat zich snel bewerken. Titanium zorgt voor snelle slijtage van gereedschap.
Corrosie- en vermoeidheidsweerstand
Corrosiebestendigheid zorgt ervoor dat de verbinding onder zware omstandigheden blijft functioneren. Aluminium 6061 vormt vanzelf een stabiele oxidelaag. 7075 heeft een coating nodig vanwege het kopergehalte. Vermoeiingsweerstand is net zo belangrijk. Aluminium 6061-T6 heeft een vermoeiingssterkte van 96 MPa. 7075-T6 bereikt 160 MPa. Voor intensief gebruik zijn 7075 of koolstofvezel de beste keuze. De mechanismen van de verbinding zelf zijn vaak het zwakke punt. Normale kogellagers en bussen slijten snel bij hoge belasting. Een lager in de behuizing heeft dezelfde eisen. De lagers moeten herhaalde cycli aankunnen zonder te slijten. Het gebrek aan effectieve zelfsmurende materialen verhoogt de onderhoudsbehoefte. Ingenieurs kijken naar mechanische eigenschappen zoals vermoeiingssterkte bij de materiaalkeuze. De sterkte van de gehele constructie hangt af van de juiste materiaalkeuze. Ze voeren ook eindige-elementenanalyses uit om het gedrag onder belasting te controleren. De materiaaleigenschappen zijn leidend bij elke beslissing. De juiste materiaalkeuze bepaalt of een verbinding lang meegaat of vroegtijdig uitvalt.
NOBLE's expertise in exoskeletgewrichtbehuizingen
NOBLE is een productiepartner die werkt met metaal en kunststof. Wij maken exoskelet-gewrichtsbehuizingen voor teams die nauwe toleranties en constante kwaliteit vereisen. In onze werkplaats worden zowel metaal- als kunststofonderdelen verwerkt. Die mix is belangrijk, omdat een gewrichtsbehuizing zelden uit slechts één materiaal bestaat.
Mogelijkheden voor metaal- en kunststofverwerking
CNC-bewerking, gieten en spuitgieten
Wij doen CNC-bewerking, gieten en spuitgieten allemaal op één locatie. Dat betekent dat een gefreesde aluminium behuizing, een gegoten actuatorhouder en een gegoten sensorbeugel allemaal bij ons terecht kunnen. U voorkomt zo de beschuldigingen die ontstaan wanneer drie leveranciers elkaar de schuld geven. Voor kunststof onderdelen spuitgieten we ABS en andere technische kunststoffen. We ondersteunen ook 3D-printen voor het maken van prototypes en mallen. Als u snel een prototype nodig heeft voordat de matrijs gemaakt wordt, kunt u met 3D-printen snel een onderdeel in handen krijgen.
Ontwerp-, prototype- en assemblagediensten
Ons team helpt bij het ontwerp, de prototyping en de assemblage. We bekijken uw tekeningen, wijzen op lastig te bewerken onderdelen en stellen kostenbesparende wijzigingen voor. Daarna volgen de prototypes en vervolgens de volledige assemblage. We persen de lagerzittingen erin, plaatsen de borgringen en controleren de passing voordat het product wordt verzonden. De sterkte van het uiteindelijke product hangt af van deze stappen, daarom beschouwen we assemblage als onderdeel van het productieproces, niet als iets dat we later toevoegen.
Certificeringen en kwaliteitsborging
Wij beschikken over relevante kwaliteitsmanagementcertificaten, waaronder certificaten voor medische hulpmiddelen. Deze certificaten zijn niet zomaar decoratie. Ze bepalen hoe wij ons werk documenteren, ons personeel trainen en wijzigingsopdrachten afhandelen.
Volledige traceerbaarheid en inspectieprotocollen
Elke partij is traceerbaar aan de hand van het materiaalcertificaat en het machinelogboek. We inspecteren de binnenkomende voorraad, de kenmerken tijdens het productieproces en de afgewerkte onderdelen. Met behulp van een CMM-meetmachine controleren we de boordiameter, de positie van de gaten en de vlakheid. Als een afmeting afwijkt, signaleren we dit voordat het een probleem wordt. Deze discipline waarborgt de sterkte van elke verbinding en de betrouwbaarheid van uw planning.
Van ontwerp tot assemblage
Samenwerkingsgerichte technische ondersteuning
Wij fungeren als verlengstuk van uw engineeringteam. Stuur ons een model en wij vertellen u welke machines het vereist, wat de kosten zijn en waar het mogelijk kan falen. Deze heen-en-weercommunicatie bespaart revisiecycli.
Productie en testen van begin tot eind
Van het eerste prototype tot de volledige productie verzorgen wij de bewerking, het vormen, de afwerking en de testen. U krijgt één partner, één kwaliteitssysteem en één aanspreekpunt. Dat is de kern van NOBLE.
De behuizing van elk exoskeletgewricht is in wezen opgebouwd uit dezelfde basisonderdelen: de hoofdbehuizing, lagerzittingen, actuator- en motorsteunen, sensorbeugels en afdichtings- en bevestigingscomponenten. Elk onderdeel heeft zijn eigen productieproces, precisie-eisen en materiaalkeuzes. Deze keuzes moeten aansluiten bij de belasting, het gewicht en de omgevingsomstandigheden waaraan het gewricht wordt blootgesteld.
Verspanen, gieten, vormen en 3D-printen spelen hier allemaal een rol. Dat geldt ook voor de materiaalkeuze, waarbij een balans moet worden gevonden tussen sterkte, gewicht, kosten en corrosiebestendigheid. Als de behuizing goed is, functioneert de verbinding optimaal.
Veelgestelde vragen over de behuizing van de gewrichten van het exoskelet
Waaruit bestaat de behuizing van een exoskeletgewricht?
De behuizingen van de gewrichten van exoskeletten worden vaak gemaakt van aluminiumlegeringen zoals 6061-T6. Titanium Ti-6Al-4V wordt gebruikt in medische of corrosieve omgevingen. Koolstofvezelversterkte polymeren bieden de beste sterkte-gewichtsverhouding. PEEK is geschikt voor bussen en lageroppervlakken. De keuze hangt af van de belasting, het gewicht en de omgeving.
Waarom is de precisie van de lagerzitting zo belangrijk?
Als de boring te ruim is, kan het lager ronddraaien. Als de boring te strak is, wordt de loopbaan samengedrukt. In beide gevallen gaat er energie verloren en slijt de verbinding snel. De boringdiameter, rondheid, coaxialiteit en loodrechtheid beschermen het lager. Zorg dat deze aspecten kloppen, en de verbinding blijft duizenden cycli lang soepel draaien.
Kun je een behuizing voor een exoskeletgewricht 3D-printen?
Je kunt prototypes printen, maar geprinte onderdelen zijn niet zo sterk als gesmeed metaal. Fused deposition modeling (FDM) is ideaal voor vroege controles van de pasvorm en speling. Met metaaladditieve productie worden dichte metalen onderdelen met complexe interne kanalen gemaakt. Deze onderdelen moeten na het printen nog worden nabewerkt voor lagerzittingen en afdichtingsgroeven.
Welke toleranties moeten sensorbeugels hebben?
De plaatsing van de montagegaten, de oriëntatie van de sensor, de vlakheid van het oppervlak en de herhaalbaarheid moeten nauwkeurig worden gecontroleerd. Thermische stabiliteit is ook belangrijk, omdat materialen met verschillende snelheden uitzetten.
Hoe beschermen afdichtingen en houders de verbinding?
Afdichtingen houden stof, water en vuil buiten. Ze houden ook smeermiddel binnen. Lagerringen voorkomen dat afdichtingen losraken en lagers bewegen. Het materiaal van de afdichtingen wordt gekozen op basis van de omgeving; metalen ringen zijn goed bestand tegen trillingen en herhaaldelijk monteren.
Wat is topologie-optimalisatie in woningontwerp?
Topologieoptimalisatie begint met een massief blok materiaal. Software verwijdert al het materiaal dat geen spanning draagt. Het resultaat is een dunne, efficiënte vorm die er natuurlijk uitziet. Ribben maken dunne wanden stijver. Een goed ribbenpatroon kan de stijfheid van een schaal aanzienlijk verhogen.
Waarom heeft 7075 aluminium een coating nodig?
Aluminium 7075 bevat koper, wat de vorming van een natuurlijke oxidelaag voorkomt. Zonder deze laag kan vocht spanningscorrosie veroorzaken. Een gepassiveerde of geanodiseerde coating sluit het oppervlak af. Afgedichte, hard-geanodiseerde oppervlakken kunnen meer dan 2,000 uur zoutsproeitesten doorstaan zonder putcorrosie.
Wanneer is titanium een betere keuze dan aluminium?
Titanium (Ti-6Al-4V) is bestand tegen hitte en corrosie, iets wat aluminium niet kan. Het is bovendien biocompatibel, wat belangrijk is voor medische exoskeletten. Nadelen zijn de kosten en de moeilijkheid van de bewerking. Voor gewrichten waarbij gewicht een cruciale factor is in veeleisende of medische omgevingen, is titanium een geschikte keuze waar aluminium tekortschiet.
