优化机器人抓地力：Markforged 铸造定制 3D 打印轮子

编者注：本客座文章由 Charles Guan 撰写，麻省理工学院机械工程毕业生，曾任 MIT 机床车间与设计讲师。他也是 ABC《BattleBots》机器人 Overhaul 的建造者。从事机器人与交通工程咨询，获 Markforged 赞助参加 BattleBots 等赛事。访问其网站和 Equals Zero Robotics 了解更多！

轮子设计

轮子存在 6000 多年，但在竞技机器人领域仍是令人头疼的问题。BattleBots 第二季，我围绕方形六轮驱动底盘打造 Overhaul 2.0，企图凭纯速度压制对手。选用中等硬度工业万向轮热塑性弹性体（TPE）胎面，这是机器人格斗验证过的选择。然而 16 马力无刷电机迅速过载 TPE，导致车轮在竞技场碎片上熔化打滑。对阵 Beta 的比赛凸显了我将 BattleBots 等同于 D1 大奖赛的错误假设。

赛后我意识到需要能可靠传递动力的轮子。这引导我研究可浇铸橡胶化合物，灵感来自现场浇注聚氨酯轮的竞争对手。尽管无轮胎设计经验，我着手用 Overhaul 的 30 磅级缩比模型制作模具铸造轮子。

设计模具

在底特律 Maker Faire 咨询 Smooth-On 代表，他们推荐 ReoFlex 和 Simpact 系列，因其高撕裂强度和抗拉强度——对不断剪切胎面的轮子至关重要。我获得 ReoFlex 50（50A 邵氏硬度，相当鞋底硬度）并开始设计模具与轮毂。

观察竞技场碎片，我添加简单螺旋胎面纹路清理漆屑和松散颗粒。虽未优化，螺旋槽将碎屑从接触区向外导向。轮毂参考滑板车和滑板轮，加入通孔和锥形中心筋。选用 Onyx 作为轮毂材料，因其更高刚性和对树脂微观粗糙表面的更好粘结，实现轻量且坚固的轮毂。

利用 Autodesk Inventor 参数化功能，制作 2 英寸前轮模具评估树脂在小型腔体流动。

首测在 Mark Two 上打印简单无增强尼龙模具：4 层壁、4 层顶底、25% 填充、0.2 mm 层高。添加定位销孔确保精准对齐。

浇注模具

模具两半用单根软管夹固定。内部轮毂坐在适配套上，保持居中并允许锁紧螺母密封底面。组装前喷涂脱模剂。

为消除气泡，在真空罐中脱气混合树脂——Smooth-On 宣称极少困气，但我发现仍会起泡。脱气混合杯而非整个模具，防止模具变形并确保胎面光滑。

浇注约两分钟。倾斜混合杯保持连续流动，树脂均匀沉降无大气泡。

首批 3 英寸和 2 英寸轮成功后，我通过打印更多模具扩大生产，单次浇注可容纳四个轮。一杯混合料可浇两个 3 英寸和两个 2 英寸轮，成为标准批次。

固化过程

ReoFlex 50 建议室温慢速固化后加热至 65°C 持续 4-8 小时。我用设定 ~70°C 的加热箱；加速固化产出的轮子手感更韧、更有弹性。

一周实验后，我得到各尺寸若干轮子。ReoFlex 50 用尽，暂停评估性能再决定是否追投。常规流程：夜间浇注，晨间脱模，白天烘烤。成品轮如下。

这些轮现安装在 Overhaul 的“30-Haul”变体上。构建详情访问我的网站。

后续？建立生产流程后，我将探索替代化合物并在涂漆钢地板测试抓地力，敬请期待本系列第二部分。在此之前，欣赏几场硬核比赛成果！

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