Markforged 3D-printers gebruiken voor BattleBots

BattleBots is een televisieserie waarin teams op afstand bestuurbare machines van 250 pond ontwerpen, bouwen en bedienen die vechten in een gevaarlijke arena - de BattleBox. De show begon in 2000 op Comedy Central en de impact ervan heeft zich wereldwijd verspreid. Elk jaar vinden er tientallen amateurcompetities plaats waar iedereen robots kan bouwen en bestrijden van 150 gram tot 250 lbs. Nu wordt de show uitgezonden op Discovery Channel, met zijn nieuwste seizoen in première op vrijdag 7 juni om 20.00 uur EST. In de afgelopen twee seizoenen had ik de kans om BattleBots te bouwen en ermee te strijden als onderdeel van team Valkyrie.

Download onze gratis kopersgids

Wat mijn interesse in robotgevechten voortdurend vasthoudt, is het eindeloze ontwerpcompromis omdat elke klasse een strikte gewichtslimiet heeft. Voeg je gewicht toe aan wapens voor grotere treffers? Bepantsering voor een betere verdediging? Elektronica voor meer vermogen? In elk ontwerp moet u uw gewichtsbudget zorgvuldig in evenwicht brengen om te bouwen wat u als het optimale ontwerp beschouwt. Ik ging de robotgevechtengemeenschap binnen in 2016, klein beginnend met een robot van één pond genaamd Foiled. Aanvankelijk slechts een leuk nevenproject om de duurzaamheid van Markforged-onderdelen te testen, raakte ik langzaam meer en meer betrokken bij robotgevechten, waarbij ik de afgelopen 3 jaar aan meer dan 15 competities deed. Als onderdeel van een team van ingenieurs uit de omgeving van Boston hebben we robots gebouwd van 1 pond tot 30 tot 250 pond, en uiteindelijk hebben we een plek veroverd in het BattleBots 2018-seizoen met Valkyrie.

Wanneer de robots opschalen, moet je je erop voorbereiden dat je bot 3 meter de lucht in wordt geslingerd, verpletterd wordt met een kracht van 35.000 lbs of wordt verpletterd met een schijf van 60 lbs die draait met 2.000 tpm - en daarna nog steeds werkt. BattleBots heeft een strikte gewichtslimiet van 250 pond. Robots van dit formaat hebben vaak aluminium of stalen frames, met stalen wapens en bepantsering. Het wapen van Valkyrie is bijvoorbeeld gesneden uit AR500-staal - hetzelfde materiaal dat ze gebruiken voor sneeuwploegen en gepantserde voertuigen. Het compromis wordt dus belangrijker en duurder als je de weegschaal niet goed uitbalanceert.

Elk gewicht dat in het ene gebied van de robot wordt bespaard, kan op een ander worden toegepast. Een lichtere aandrijflijn kan bijvoorbeeld een dikker pantser betekenen, waardoor de robot betere verdedigingsopties heeft. Maar alles klopt ook op andere manieren. Als je je op een zwaarder wapen concentreert, moet je mogelijk ondersteunende elementen van je aandrijflijn opofferen, waardoor je motorstoringspercentage zou kunnen toenemen, dus je moet meer reservemotoren kopen. Als u streeft naar een lichter frame, moet u mogelijk meer uitgeven aan materialen en fabricage, waardoor u meer geld en tijd kost en het onderdeel moeilijker te reproduceren is als het kapot gaat. Daarom hebben we naar Markforged gekeken toen we in 2018 begonnen met het ontwerpen en bouwen van Valkyrie, en om het ontwerp voor het seizoen 2019 van BattleBots verder te verbeteren.

Markforged-printers boden een breed scala aan materialen om uit te kiezen, afhankelijk van de specifieke behoeften van het onderdeel. In elk geval stelde Markforged ons in staat om geoptimaliseerde en lichtgewicht componenten te ontwerpen dan we anders hadden moeten produceren met zwaardere materialen en meer tijdrovende productiemethoden. We zouden schokbestendige Kevlar®-behuizingen voor onze elektronica kunnen printen, onderdelen zo sterk als aluminium tegen een fractie van het gewicht, of metalen beugels met geoptimaliseerde geometrie om in ruimtes met weinig vrije ruimte in de robot te knijpen.

Gratis proefstuk

In al deze gevallen waren we in staat om gewicht te besparen maar kracht te behouden. Valkyrie zou een kleinere, zwakkere robot zijn zonder 3D-printen. We hadden maar een handvol weken om ons voor te bereiden op het seizoen, dus elke snelle, geautomatiseerde productiemethode was een enorme last van onze schouders. We stuurden onderdelen naar de printers zonder dat we ons zorgen hoefden te maken over het zelf maken, waardoor we meer tijd hadden om ons te concentreren op de menselijk essentiële taken zoals lassen, bewerken, testen en assembleren. Het betekende ook dat we meer slaap kregen.

Als relatief nieuw team in vergelijking met veel bouwers die al tientallen jaren strijden, wisten we dat we snel moesten handelen en snel moesten itereren als we het toptalent wilden evenaren. Markforged-printers hebben ons tijdens het hele proces geholpen om slimmer te ontwerpen. Ter voorbereiding op het BattleBots-seizoen 2019 hebben we meer dan 200 onderdelen geprint. Hier zijn vier gebieden waar de printers ons hebben geholpen om snel en efficiënt te werken:

Prototyping

Valkyrie is een slanke robot met veel vreemd gevormde geometrieën die, wanneer ze worden gecombineerd, ervoor zorgen dat alles er net in past. Voordat we een nieuw onderdeel van de robot gaan produceren, printen we het eerst en installeren we het geprinte onderdeel op de robot om er zeker van te zijn dat het past zoals we het nodig hebben.

Gereedschap en bevestiging

‍ Omdat veel van de elementen van Valkyrie complexe contouren of samengestelde hoeken bevatten, gebruikten we 3D-geprinte onderdelen voor het opspanwerk om de componenten die we machinaal bewerken correct in te stellen wanneer we ze maken. Dit varieerde van zachte kaken voor het bewerken van tandwielen, tot boormallen voor het uitlijnen en tappen van gaten in het frame, tot indexeermallen voor het instellen van taken.

Eindgebruiksonderdelen

Valkyrie heeft 55 3D-geprinte onderdelen geïnstalleerd, gemaakt in verschillende materialen. Twaalf van die onderdelen waren van metaal - voornamelijk beugels en steunen die verbonden waren met het pantser of de motoren om de stijfheid te behouden. Negen onderdelen waren Onyx FR om onderdelen te beschermen tegen alle vlammenwerpers die we kunnen bestrijden. De overige 34 doorlopende vezelversterkte onderdelen omvatten schokbestendige elektronicabehuizingen, stofkappen en structurele steunen die een sleutelrol speelden om Valkyrie tijdens een gevecht functioneel te houden.

Met een strikte gewichtslimiet en een strak bouwschema, stelde Markforged-printers ons team in staat om een ​​groot deel van de productie te ontlasten, zodat we ons konden concentreren op andere taken om de robot aan het werk te krijgen. We wisten dat we stevige, betrouwbare onderdelen konden maken die stand zouden houden in de BattleBox — tijdens al onze gevechten in 2018 brak slechts één onderdeel. Veel van de onderdelen hebben ons geholpen gewicht te besparen op kritieke plaatsen door ze te ontwerpen met de optimale geometrie die nodig is om te presteren.

Reparaties en verbeteringen ter plaatse

Het is mijn persoonlijke mening dat er geen perfect BattleBots-ontwerp is - er is altijd ruimte voor verbetering en iteratie, ongeacht je ervaring. De enige manier om te leren hoe goed een ontwerp werkt, is in de BattleBox. Er wordt verwacht dat dingen tijdens gevechten onverwachts mislukken, dus de beste robots zijn degenen met veel gevechten onder hun riem:hun bouwers hebben veel faalmodi ontdekt en opgelost. Sommige van deze reparaties worden vaak on-the-fly gedaan, met oplossingen die uit restjes zijn gehackt. Andere worden gedocumenteerd en geïmplementeerd voor het volgende seizoen.

Tijdens de wedstrijd leverde Markforged 4 printers ter ondersteuning van de 67 teams die dit seizoen deelnamen. Met een doorlooptijd van 1-2 dagen tussen gevechten, konden teams problemen met hun robots identificeren, oplossingen ontwerpen, deze afdrukken en op hun robot installeren voor het volgende gevecht. In plaats van tijdelijke reparaties uit te voeren of gedurende het hele seizoen genoegen te nemen met ontwerpfouten, konden teams duurzame onderdelen maken met de kracht die ze nodig hadden door vervangingen of aanpassingen te printen om de robots verder te verbeteren voor de volgende reeks gevechten - zodat de prestaties van de robot daadwerkelijk verbeterden naarmate het seizoen vorderde. In totaal hebben we meer dan 160 onderdelen geprint voor 29 van de teams daar.

Al met al stelde het gebruik van Markforged ons in staat om de grenzen van Valkyrie's ontwerp te verleggen. We konden snel herhalen en verbeteren, nieuwe concepten testen en meer doen met wat we hadden om een ​​krachtig, strak ontwerp te creëren. Bekijk BattleBots op vrijdag op Discovery Channel vanaf 7 juni om 20.00 uur, of woensdag op Science Channel vanaf 12 juni om 20.00 uur. Stem af om te zien hoe Valkyrie het doet!