Современные цифровые технологии производства позволяют быстро и при минимальных затратах разработать и изготовить действующие прототипы практически любых сложных устройств, избегая бумажной конструкторской документации. Рассмотрим, как это было реализовано в создании робототехнической продукции.

Александр Кузнецов, «Fora robotics»

Производство андроидных роботов сегодня — это очень сложный процесс. Массово, как правило, изготавливаются наборы для самостоятельной сборки — это небольшие роботы до 25 см высотой. Более крупные модели (до 60 см) производятся, в основном, как исследовательские роботы для научных и учебных лабораторий. Поэтому мы с огромным интересом отнеслись к задаче прототипирования и мелкосерийного изготовления роботов‑андроидов большого размера.
Речь идет о создании серии сервисных роботов ростом более 1 м для крупной международной компании. Роботов, которые работают артистами и учителями в центрах этой компании, планируется массово использовать в качестве универсальных гидов и продавцов в торговых центрах. Процесс создания робота выглядит примерно так.
Поступает техническое задание. На его основе разрабатывается общая концепция и приблизительный внешний вид робота. Изделие прорисовывается в CAD- программе. Далее прорабатывается силовой каркас, на который лягут все нагрузки. Каркас вырезается из оргстекла, пластика и прочих материалов на станке для лазерной резки.

После того, как каркас готов, на 3D-принтерах выращиваются механические узлы робота. В основном используется FDM- технология, так как она является недорогой, доступной и при этом обеспечивает достаточную точность для собираемости механических узлов. Толщины слоя в 0,2 мм и заполнения 20–30  % для средних и больших деталей обычно бывает достаточно, однако на маленьких и высоконагруженных узлах мы используем толщину печати 0,1 мм и 100  % заполнения. Таким образом, при минимальных затратах проверяется собираемость узла, его работа и механические свойства. Если где-то выявлены недочеты, то исправляется 3D-модель, и деталь или сборка выращивается заново. Иногда, работающие неправильно узлы можно исправить вручную, но после этого вносятся соответствующие изменения в 3D-модель.
После установки и отработки механических частей, изготавливаются корпусные детали и детали облицовки. При окончательной сборке, одновременно с установкой деталей корпуса размещается вся электронная начинка и прокладываются кабели в кабельканалах, которые предусматриваются в конструкции еще на этапе проектирования.
Для придания более привлекательного внешнего вида, корпусные детали, распечатанные на 3D-принтере, подвергаются дополнительной обработке: механически обрабатываются, шпатлюются, шлифуются и покрываются различными покрытиями.
Далее робот проходит ряд различных испытаний для проверки работоспособности и возможностей управления, живучести при максимальных нагрузках и т. п. После этого программистами разрабатывается софт для визуализации и управления действиями робота. Для сокращения времени изготовления многие технологические процессы по его созданию проходят параллельно.
На данный момент антропоморфные роботы представляют собой механизмы, на 90 % полученные с помощью 3D-печати. Физиологическое строение осуществлено частично и повторяет верхнюю часть человеческого тела от пояса до головы. Отдельные конечности роботов в процессе проектирования показали возможность дешевого и быстрого создания протезов для человека. Они пока не обладают тактильной чувствительностью, но достаточны для манипулирования предметами и выполнения многих функций без сильной нагрузки, как на сам протез, так и на место сочленения протеза и остатка конечности человека.

Применение 3D-печати для таких задач просто незаменимо, поскольку робот-андроид — это сложная конструкция, которая может изменяться на всех этапах его создания и в период эксплуатации. Дизайнеры, маркетологи и даже театральные режиссеры, которые ставят движения, пластику робота вносят свои замечания. Создать действительно высокохудожественное изделие, отвечающее самым современным техническим требованиям в области электроники и мехатроники без 3D-принтеров сегодня невозможно. Экономический эффект от применения 3D-печати для прототипирования очень высок. Данная технология позволяет в разы, а то и в десятки раз сократить время изготовления прототипов и затраты на изготовление деталей методами механической обработки, а также затраты на разработку и корректировку конструкторской документации.