經(jīng)過(guò)6000多年的經(jīng)驗(yàn)積累，機(jī)械輪子的設(shè)計(jì)加工已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)完美。然而，在BattleBots第2季中我發(fā)現(xiàn)，還有很多地方有待優(yōu)化改進(jìn)。我設(shè)計(jì)有一個(gè)強(qiáng)大穩(wěn)定的方形6輪驅(qū)動(dòng)平臺(tái)-Overhaul 2.0，它可以利用速度優(yōu)勢(shì)在對(duì)戰(zhàn)中用升降機(jī)抓住對(duì)手。開(kāi)始，我僅根據(jù)自己了解的信息選擇了車(chē)輪的設(shè)計(jì)：中等硬度的工業(yè)腳輪，并附帶熱塑性彈性（TPE）輪胎。將16馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配在這個(gè)機(jī)器人上，并能夠在1秒內(nèi)達(dá)到19 mph，這本身就是一個(gè)難以預(yù)測(cè)的方案。

Overhaul的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。4個(gè)5英寸工業(yè)腳輪，2個(gè)3英寸個(gè)性化定制輪（輪轂采用Markforged公司的尼龍和克維拉纖維制造，并粘合聚氨酯輪胎）
遺憾的是，這種配置在競(jìng)技場(chǎng)上并沒(méi)有發(fā)揮預(yù)期的作用。TPE輪胎在輪轂強(qiáng)大的動(dòng)力帶動(dòng)下開(kāi)始打滑，機(jī)器人像行駛在冰面上一樣無(wú)法控制。這致使16馬力的無(wú)刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)完全無(wú)法按額定功率輸出。

Overhaul的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)殘余部分，后輪出現(xiàn)明顯的裂痕和碎片

BattleBot第2季結(jié)束后，我認(rèn)識(shí)到需要對(duì)車(chē)輪設(shè)計(jì)做更多的思考。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，輪子需要將機(jī)器人強(qiáng)大的動(dòng)力傳送至地面上。接下來(lái)我便開(kāi)始研究可鑄橡膠混合物，試圖找到合適的解決方案。我制作了一些模具用于澆注材料，并在機(jī)器維護(hù)的同時(shí)研究一些其他工作。另外，我曾仔細(xì)觀察過(guò)一些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（包括Beta）現(xiàn)場(chǎng)安裝他們自己的聚氨酯車(chē)輪。本來(lái)呢，我對(duì)輪胎和輪轂的設(shè)計(jì)以及模具和鑄造知之甚少。幸運(yùn)的是，今年夏天，我在底特律的制造商大會(huì)上遇到了一些公司的代表，并詳細(xì)地討教了如何制造具有強(qiáng)大牽引力的車(chē)輪。Smooth-On是一家主營(yíng)模具制作和鑄造的公司，主要面向服裝和道具行業(yè)，而非工業(yè)用途。但是，他們的經(jīng)銷(xiāo)商遍布在美國(guó)全境，所以很容易找到他們進(jìn)行材料測(cè)試——距波士頓僅15分鐘車(chē)程。

重30磅的Overhaul縮放版，體積僅有原模型的1/8

設(shè)計(jì)模具
銷(xiāo)售代表推薦了2種材料，Reoflex和Simpact系列，它們具有極好的抗撕裂強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。在這種復(fù)合材料輪胎中，橡膠胎面通過(guò)剪切作用連續(xù)摩擦地面，表現(xiàn)出極好的牽引力特性。很快，我拿到了ReoFlex 50樣品（用50A硬度檢測(cè)后，感覺(jué)像鞋底一樣柔軟），然后開(kāi)始設(shè)計(jì)模具和輪轂。

3英寸車(chē)輪模具實(shí)體模型，具有螺旋胎面花紋

在徹底檢修之后，我確信車(chē)輪表面需要可以清除殘?jiān)哪芰Α＼?chē)輪雖然不一定要適用于通過(guò)水面或泥地，但仍需提防競(jìng)技場(chǎng)上的松散碎屑和油漆區(qū)。首先，我設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單螺旋胎面花紋。顯然這并非好的方案，但現(xiàn)在需要快速進(jìn)入產(chǎn)品成型測(cè)試階段。我預(yù)想螺旋槽會(huì)將碎片推向接觸面的另一側(cè)。您和可能購(gòu)買(mǎi)過(guò)輪胎，但是溝槽的確切方向和數(shù)量依然是一個(gè)懸而未決的謎題。

（利用Onyx打印具有通孔的輪轂，以保持聚氨酯不受附著力影響）

接下來(lái)，我面臨著設(shè)計(jì)輪轂的任務(wù)?；遘?chē)輪給了我啟示，它們有一個(gè)共同點(diǎn)：聚氨酯流入的通孔或槽。我需要確保胎面材料即使在粘合失敗的情況下也能固定在輪轂上。因此，我制作了一個(gè)圓柱形輪轂，在聚氨酯最大面積和橫截面滿足要求的情況下，邊緣設(shè)計(jì)了多孔以及錐形肋結(jié)構(gòu)。我選擇Onyx作為輪轂的制作材料，因?yàn)樗哂休^高的剛性和強(qiáng)度和可觀的粘附性能。剛性的增加使得輪轂輕量化，而樹(shù)脂則會(huì)更好地粘附在表面粗糙的Onyx材料上。

2英寸車(chē)輪輪轂和模具，具有多孔和錐形肋結(jié)構(gòu)

由于Tiny Overhaul也需要一些小的前輪，我使用Autodesk Inventor的參數(shù)化建模功能快速生成了2英寸的模型。這種小型模具的澆注區(qū)域受限，所以我對(duì)這種材料的表現(xiàn)也很感興趣。

采用MarkForged尼龍材料打印的3D模具

 我在Mark Two機(jī)器上使用未增強(qiáng)尼龍材料打印了一個(gè)測(cè)試模具。模型設(shè)置采用疏松方式——4層外壁、頂面和底面，且僅25％填充，選擇最大層厚0.2mm。我將對(duì)準(zhǔn)銷(xiāo)孔設(shè)計(jì)為兩部分，以確保模型對(duì)齊。

模具中的3D打印輪轂

模具澆注
模具由常規(guī)軟管夾固定。在內(nèi)部，將輪轂置于一個(gè)接頭襯套上，確保其在模具的中心。接頭襯套保留通孔，以便用緊鎖螺母和螺栓將輪轂底面密封在模具上。在組裝前，對(duì)模具進(jìn)行了噴涂脫模處理。

首先利用真空脫除聚氨酯樹(shù)脂

在具有鑄造經(jīng)驗(yàn)的朋友建議下，我利用真空裝置脫除混合樹(shù)脂中的氣泡。Smooth-on宣稱，他們的樹(shù)脂受氣泡影響甚小，但實(shí)際效果并非如此。殘留氣泡造成樹(shù)脂材料內(nèi)部不連續(xù)，因此會(huì)降低輪胎胎面的完整性。由于3D打印模具時(shí)內(nèi)部也存有氣體，抽真空可能造成模具變形，甚至內(nèi)部?jī)?nèi)部氣體泄漏溢出，因此，我只將杯狀混合材料進(jìn)行脫氣處理，而不是將整個(gè)模具放入真空室內(nèi)。

待固化的澆注車(chē)輪

2分鐘左右即可完成澆注3英寸的車(chē)輪模具。保持混合材料良好的流動(dòng)性，樹(shù)脂緩慢沉降到底部而不堆積在模具上面。讓樹(shù)脂自動(dòng)找到水面線可以避免零件內(nèi)部產(chǎn)生較大氣泡。

澆注的第一個(gè)車(chē)輪模型

我先制作了1個(gè)3英寸和1個(gè)2英寸的車(chē)輪，等到兩個(gè)車(chē)輪初步固化后，就可以實(shí)施量產(chǎn)了。我通過(guò)3D打印的方式制作了另外的模具，一次可以澆注4個(gè)或更多的車(chē)輪。確定兩個(gè)完美的模具，作為澆注3英寸和2英寸車(chē)輪的標(biāo)準(zhǔn)模具。
固化過(guò)程
多數(shù)樹(shù)脂制造商推薦使用初始室溫進(jìn)行緩慢固化，然后加熱材料以增強(qiáng)聚合物交聯(lián)反應(yīng)。例如，Reoflex 50的數(shù)據(jù)表指出，將材料加熱到65℃保持4-8小時(shí)。 我使加熱腔維持在70℃左右，這種快速加熱狀態(tài)下制作出的新車(chē)輪顯然更加堅(jiān)韌，更富有彈性。

準(zhǔn)備用于Tiny Overhaul的Onyx芯50A聚氨酯車(chē)輪

經(jīng)過(guò)一周的試驗(yàn)工作，每個(gè)規(guī)格生產(chǎn)了6個(gè)模型。我暫時(shí)停止了ReoFlex50的供貨，期待在投入更多的材料資金之前，車(chē)輪能夠在競(jìng)技場(chǎng)上發(fā)揮實(shí)際的作用。后期幾天我的試驗(yàn)保持良好的循環(huán)。晚上離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室之前將模型澆注好，第二天早上直接脫模，接著白天進(jìn)行加熱固化。

Tiny Overhaul-新近版本命名為überclocker4.0，完全定制車(chē)輪

現(xiàn)在我已經(jīng)探索了生產(chǎn)流程和基本設(shè)計(jì)，在未來(lái)我將近一步嘗試制造不同化合物的車(chē)輪，并在漆面鋼制地板上測(cè)試其牽引力。

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