Roboter mit 3D-Druck zum Leben erwecken
Studierende des Projekts Dyana verbinden Animation und Robotik, um einen katzenartigen Charakter mit realistischen Bewegungen zu erschaffen. Für die Herstellung ihres ausgeklügelten Prototypen setzt das Team um Andrina Grimm unter anderem auf das 3D-Druckverfahren von Sintratec.
Ein einzigartiges Animatronik-Projekt
Dyana begann im Herbst 2020 als interdisziplinäres Fokusprojekt der ETH Zürich und drei weiteren Schweizer Hochschulen – namentlich der ZHAW, ZHdK und FHNW – in welchem 14 Bachelor-Studierende einen einzigartigen Roboter entwerfen und bauen sollten. Die Maschinenbaustudentin Andrina Grimm ist verantwortlich für das Mechanik- und Designteam und arbeitete an der Umsetzung der Hülle. «Unsere Vision ist es, Animation und Filmcharaktere durch agile Roboter zu verbinden, die sich in der realen Welt bewegen können», erklärt Andrina. In diesem Bereich der so genannten Animatronik befasst sich das Team mit einem spezifischen Problem: Wie können computeranimierte Bewegungen von einem Roboter in der realen Welt wiedergeben werden?
Andrina Grimm und ihr Team entwickeln einen katzenartigen Roboter namens Dyana.
In 9 Monaten einen Charakter erschaffen
Wie bei den meisten Studierendenprojekten war der Zeitrahmen knapp bemessen. «Es war eine grosse Herausforderung für uns, in nur 9 Monaten einen kompletten Roboter von Grund auf zu bauen - mit eigenen Beinen, Hüften und Schultermechanismen», betont Andrina. Da Dyana ein Charakter sein soll, der verschiedene Emotionen zum Ausdruck bringen kann, wurde besonderes Augenmerk auf das Erscheinungsbild gelegt. Schnell wurde klar, dass der 3D-Druck unerlässlich ist, um die aufwendige Ästhetik des katzenartigen Körpers rechtzeitig zu realisieren. «Wir haben früh entschieden, die Freiheiten der additiven Fertigung zu nutzen», so Andrina.
3D-Rendering von Dyana: Der Roboter wurde in nur 9 Monaten von Grund auf konstruiert.
Mehr Freiheiten, mehr Iterationen
Für den Bau ihres Prototypen setzte das Team auf verschiedene 3D-Druckverfahren: Multi Jet Fusion (MJF), Fused Deposition Modeling (FDM) und Selektives Lasersintern (SLS). «Unsere drei Kriterien für das 3D-Druckmaterial waren das Gewicht, die Designfreiheit und die kurze Herstellungszeit, damit wir schneller iterieren konnten», erklärt Andrina. «Für unsere Aussenhülle zum Beispiel haben wir sehr leichte Teile verwendet, weil wir dem ganzen System nicht noch mehr Masse zufügen wollten.» SLS erwies sich als die ideale Wahl für diese spezifischen Materialanforderungen.
Mit dem 3D-Druck erhalten die Studierenden wertvolle Gestaltungsfreiheiten.
Lasergesinterte Roboterschenkel
Sintratec unterstützte das Projekt durch ein Sponsoring von 3D-gedruckten Komponenten, die auf dem Sintratec S2 System lasergesintert wurden. «Die SLS-Technologie wurde für die Oberschenkel und Schultern verwendet», erklärt Andrina. «Mit PA12 erhalten wir Teile, die stabil genug sind, damit der Roboter Stösse aushalten kann, und gleichzeitig flexibel genug, um gekrümmte Oberflächen zu ermöglichen.» Nach dem Lackieren und dem Anbringen eines Silikonpolsters wurden die Oberschenkel an Dyana angebracht. Dank der zweiten Charge können die Studierenden nun die Bewegungen des Roboters ausgiebig testen und haben im Falle eines Bruchs einen schnellen Ersatz zur Hand.
Die lasergesinterten Oberschenkel vor und nach der Weiterverarbeitung.
Dyana mit vollständiger Aussenhülle.
Üblicherweise wird die Hülle von Robotern thermoplastisch geformt. Dyana zeigt eindrucksvoll, dass es auch andere – vielleicht sogar bessere – Wege gibt. «In unserem Projekt haben wir gezeigt, dass es möglich ist, 3D-Druck für die Hülle eines Roboters zu verwenden, was bisher noch nicht gemacht wurde», fasst Andrina zusammen. «Ich denke, dass diese Technologie ein grosses Potenzial im Bereich der Robotik hat.» Da das Projekt als Bachelorarbeit mehrerer Studierenden weitergeführt wird, freuen wir uns darauf, in naher Zukunft mehr von Dyana zu hören!
“Mit der Sintratec-Technologie können wir frei designen, erhalten stabile und
gleichzeitig leichte Teile – ideale Eigenschaften für den Bau von Robotern.”
Andrina Grimm
Leiterin Mechanik & Design
Project Dyana
