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MIT-Projekt: Hydraulik aus dem 3D-Drucker – komplett samt Füllung

Motor und Batterie dranstecken, dann läuft der Hexapod auf eigenen Beinen aus dem 3D-Drucker – das verspricht ein Verfahren vom MIT, das flexible Aktoren samt der Hydraulikflüssigkeit im Inneren in einem Rutsch erzeugt.

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Laufroboter aus dem 3D-Drucker vom MIT

(Bild: Robert MacCurdy/MIT CSAIL)

Einer der Balgen des Roboters, frisch aus dem 3D-Drucker und mit Cent-Münze zum Größenvergleich.

Eine Gruppe von Forscherinnen und Forschern des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) am MIT in Boston hat ein Verfahren entwickelt, um hydraulische Aktoren mit einem 3D-Drucker zu produzieren – komplett mit der nötigen Hydraulikflüssigkeit, bei Bedarf auch als völlig geschlossenes System. Zur Demonstration haben sie eine sechsbeinige Laufmaschine konstruiert, bei der ein Elektromotor eine längs montierte Kurbelwelle antreibt, über die wiederum sechs flexible Bälge angesteuert werden, die schließlich die keilförmigen Beine bewegen. Dabei trieb die Gruppe vor allem die Vision an, dass man so einen Roboter gebrauchsfertig in einem Arbeitsgang im 3D-Drucker fertigen kann, ohne hinterher noch irgendwelche Einzelteile montieren zu müssen. Daniela Rus, eine der beteiligten Forscherinnen, fasst es so zusammen: "Man muss nur noch den Motor und die Batterien hineinstecken und man bekommt einen Roboter, der praktisch direkt aus dem Drucker herauslaufen kann."

Quelle: MIT CSAIL

Schema des 3D-Druckvorgangs

(Bild: Screenshot aus dem verlinkten Paper)

Für den Roboter musste der 3D-Drucker allerdings vier verschiedene Materialien verarbeiten: Je einen steifen und einen flexiblen Kunststoff, die Hydraulikflüssigkeit sowie ein Stützmaterial für Überhänge, das später entfernt wird. Allerdings mussten die Forscherinnen und Forscher dafür ihren 3D-Drucker erst mal überlisten: Der verwendete Objet260 Connex von Stratasys baut Objekte auf, indem er flüssiges Rohmaterial in winzigen Tröpfchen wie ein Tintenstrahdrucker aufträgt und dann das Material mit UV-Licht härtet, ähnlich wie bei der Stereolithographie. Das Verfahren wird auch Polyjet genannt, weil die 3D-Drucker dabei typischerweise verschiedene Materialien parallel verarbeiten und sogar mischen können.

3D-Druck

Der Sammelbegriff 3D-Druck steht heute für ein ganzes Bündel von Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren und sich jeweils nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Ihr gemeinsamer Nenner: Alle Verfahren bauen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen.

Die Objet260 verarbeitet zwar von Haus aus auch ein Material, dass bei UV-Bestrahlung flüssig bleibt, es ist allerdings nur als Reiniger im Druckprozess vorgesehen und lässt sich nicht so gezielt platzieren wie die verschiedenen Photopolymere, aus denen die Maschine das eigentliche Werkstück aufbaut. Deshalb tauschte man am MIT kurzerhand den Identifikations-Chip an der Reiniger-Kartusche mit dem eines Gebindes eines zugelassenen Baumaterials und konnte so das Reinigungsmittel als Hydraulikflüssigkeit in die Aktoren mit eindrucken.

Der Sechsbeiner ist nur der größte Hingucker unter den Beispielstücken, die die Forscherinnen und Forscher in ihrem neu entwickelten Verfahren produziert haben. Im Video und im Paper sind unter anderem noch eine Zahnradpumpe und ein weicher Greifer zu sehen. Solche nachgiebigen Konstruktionen haben gerade beim Roboterbau viele Vorteile: Die zu bewegenden Massen sind geringer, der Schaden bei Kollisionen mit der Umgebung vergleichsweise niedriger. Das jetzt am MIT entwickelte Produktionsverfahren könnte nicht nur helfen, Roboter-Prototypen schneller zu fertigen (der Hexapod war nach 22 Stunden fertig für den ersten Spaziergang), sondern ließe sich eventuell auch auf die Fertigung im industriellen Maßstab übertragen.