前面的文章有说到，未来人形机器人也将成为压铸行业的主要潜在市场，但对于人形机器人来说，所需要的铸件是否要求都一样？大家可能很容易理解为一台人形机器人的铸件性能要求都相同，要轻量化、高刚性，还要低成本。其实人形机器人对于铸件的要求有非常明显的局部差异，比如机器人手臂上的铸件和靠近机器人底座上的零件所要求的性能几乎完全相反。
这就是说，性能要求不一样，大概率也不会是一种压铸合金材料或是单一的铸造工艺就可以匹配所有人形机器人上的铸件。因此，我们需要理解每一个子系统所对应的结构形状、材料和工艺的组合，针对性提供生产解决方案。
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轻量化，优先用在机器人运动部位
当人形机器人机械臂越长，距离质心越远时，其自重对于上游的执行器所带来的负荷影响就越大。前臂自重带来的负担，远远大于其本身的重量。肘部与肩部在搬运负载时还会有加速、停止和带着载荷运行时的这部分质量都要计算上。
正因如此，机械臂设计成薄壁结构就是非常有吸引力的方案。通过薄壁的设计，减轻重量，提高有效载荷，或者降低执行器的负担。压铸工艺的天然优势就能完美匹配到形状复杂同时壁厚薄的结构。
与此同时，靠近人形机器人底部的零件，设计的逻辑就不一样了。底座需要增加适当重量以降低重心，提高稳定性。因此，这部份的结构件对于减重并不严格要求，需要考虑更大的壁厚和不同的成型工艺。半固态流变压铸对于这两种不同区域的零件都非常适配，厚薄相间的壁厚设计正是这个工艺的优势。
刚性，比极限强度更重要
人形机器人所需的铸件和汽车用铸件有一个明显的区别就是，强度和刚性之间的平衡取舍。根据业内人士介绍，当零件强度达到约200 MPa的最低要求水平时，这时候机器人结构设计更重要的目标就是追求其刚性。
在这个目标下，设计思路就需要做一些调整，很多相应的解决方案是通过不同的几何形状设计来实现，比如加强筋，合理的载荷路径、生成式设计和拓扑优化都能在重量最小的同时，增加刚性。
从这点上说，压铸工艺可以让工程师有极大的结构设计自由和空间，重点的难度在于，怎么样以经济的方式，在所需求的量下，压铸生产经过优化后的复杂结构。所以理想的机器人铸件不太可能将现有的机加工零件简单的改成铝合金压铸件，而是要从项目一开始就根据压铸工艺的特性来展开设计。
机器人还要抗跌倒冲击
对于双足式的机器人来说，刚性只是其中一个要求。机器人可能会摔倒，而一台自重80至100KG的机器人砸到地面所产生的载荷和正常的工作状态完全不同。
因此，延伸率和韧性也变得非常重要。脆性的铸件可能可以扛住全部的正常运行载荷，但一旦发生碰撞时，就会发生严重的失效后果。这种铸件的应用，如果只有0.5%的延伸率远远不够，必须具备足够的韧性，在发生意外时还能保持正常的形状。
对于传统压铸厂来说，这个问题同样是一个挑战。如果只是简单地按照常规压铸标准的AlSi9Cu3合金材料提供压铸件的方案，只能说这种材料并不适合这类新的应用场景。人形机器人需要在强度、刚性、延伸率和可铸造性之间找到平衡点，而可以提供这种组合解决方案的压铸厂，所具备的竞争力远远超出只依靠价格来比拼的同行。

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散热也是结构件功能的一部分
人形机器人搭载许多执行器、电池和AI芯片，这些部件都会发热，产生热量。高负载的关节零件尤其要求高，有些机器人会在膝关节区域使用热管，对高负载的执行器进行针对性的散热。
所以，人形机器人铸件不能只是一个结构性的壳体，如果材料和结构设计还需要兼顾到散热功能，那么导热又是一项需要考虑的材料性能。
这里又为合金材料的研发开启新的机会。今后的铸件不能只是针对强度和延伸率来优化。具备足够的机械性能的同时，还必须和高导热性能以及可铸造性能结合起来。
镁合金很有潜力，但并不一定更好
当说到轻量化时，镁合金作为当下热门的材料总是被提到。镁合金密度更低，显然非常适合运动类结构件。但是镁合金的刚性偏低，所以如果要达到同样的结构性能，铸件就必须做得更厚，理论上的减重优势在一定程度上会被抵消。
镁合金在机加工和表面处理方面也存在一定的挑战，但它也有减振的优势。因此镁合金也不能简单地当成是铝合金的自动替代，而应该是在特定的性能组合，符合子系统要求的情况下成为另一种选择。
外观同样是硬性要求
相比汽车用铸件大多是隐藏在内部结构的特点不同，对于人形机器人来说，很多结构部件是外露可见的，这个要求可能压铸厂需要重新适应。
所以毛坯表面、喷砂、阳极氧化，和其他表面处理工艺，相比之下，比白车身铸件的要求更重要得多。同时，很多机器人是在工厂、仓库或是家庭等室内环境下运用，所以汽车零部件上的极端腐蚀要求就更不需要了。机器人各部件的连接方式也多数使用螺栓和执行器，并不是大面积的粘接。
综合看来，机器人铸件的设计空间目前非常广阔。人形机器人需要轻量化、高刚性、高韧性、散热性能、尺寸精度和外观质量，但也不是每一个零件都要同时满足所有这些性能指标。压铸厂要做的不再只是生产标准化的铸件，而是有机会针对机器人的不同功能来开发出理想的铸件方案。

来源：瑞沃康普
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