經(jīng)過6000多年的經(jīng)驗積累，機械輪子的設計加工已經(jīng)發(fā)展的相當完美。然而，在BattleBots第2季中我發(fā)現(xiàn)，還有很多地方有待優(yōu)化改進。我設計有一個強大穩(wěn)定的方形6輪驅動平臺-Overhaul 2.0，它可以利用速度優(yōu)勢在對戰(zhàn)中用升降機抓住對手。開始，我僅根據(jù)自己了解的信息選擇了車輪的設計：中等硬度的工業(yè)腳輪，并附帶熱塑性彈性（TPE）輪胎。將16馬力的發(fā)動機裝配在這個機器人上，并能夠在1秒內達到19 mph，這本身就是一個難以預測的方案。

Overhaul的動力傳動系統(tǒng)設計圖。4個5英寸工業(yè)腳輪，2個3英寸個性化定制輪（輪轂采用Markforged公司的尼龍和克維拉纖維制造，并粘合聚氨酯輪胎）
遺憾的是，這種配置在競技場上并沒有發(fā)揮預期的作用。TPE輪胎在輪轂強大的動力帶動下開始打滑，機器人像行駛在冰面上一樣無法控制。這致使16馬力的無刷驅動電機完全無法按額定功率輸出。

Overhaul的動力傳輸系統(tǒng)殘余部分，后輪出現(xiàn)明顯的裂痕和碎片

BattleBot第2季結束后，我認識到需要對車輪設計做更多的思考。本質上來說，輪子需要將機器人強大的動力傳送至地面上。接下來我便開始研究可鑄橡膠混合物，試圖找到合適的解決方案。我制作了一些模具用于澆注材料，并在機器維護的同時研究一些其他工作。另外，我曾仔細觀察過一些競爭對手（包括Beta）現(xiàn)場安裝他們自己的聚氨酯車輪。本來呢，我對輪胎和輪轂的設計以及模具和鑄造知之甚少。幸運的是，今年夏天，我在底特律的制造商大會上遇到了一些公司的代表，并詳細地討教了如何制造具有強大牽引力的車輪。Smooth-On是一家主營模具制作和鑄造的公司，主要面向服裝和道具行業(yè)，而非工業(yè)用途。但是，他們的經(jīng)銷商遍布在美國全境，所以很容易找到他們進行材料測試——距波士頓僅15分鐘車程。

重30磅的Overhaul縮放版，體積僅有原模型的1/8

設計模具
銷售代表推薦了2種材料，Reoflex和Simpact系列，它們具有極好的抗撕裂強度和抗拉強度。在這種復合材料輪胎中，橡膠胎面通過剪切作用連續(xù)摩擦地面，表現(xiàn)出極好的牽引力特性。很快，我拿到了ReoFlex 50樣品（用50A硬度檢測后，感覺像鞋底一樣柔軟），然后開始設計模具和輪轂。

3英寸車輪模具實體模型，具有螺旋胎面花紋

在徹底檢修之后，我確信車輪表面需要可以清除殘渣的能力。車輪雖然不一定要適用于通過水面或泥地，但仍需提防競技場上的松散碎屑和油漆區(qū)。首先，我設計了一個簡單螺旋胎面花紋。顯然這并非好的方案，但現(xiàn)在需要快速進入產(chǎn)品成型測試階段。我預想螺旋槽會將碎片推向接觸面的另一側。您和可能購買過輪胎，但是溝槽的確切方向和數(shù)量依然是一個懸而未決的謎題。

（利用Onyx打印具有通孔的輪轂，以保持聚氨酯不受附著力影響）

接下來，我面臨著設計輪轂的任務?；遘囕喗o了我啟示，它們有一個共同點：聚氨酯流入的通孔或槽。我需要確保胎面材料即使在粘合失敗的情況下也能固定在輪轂上。因此，我制作了一個圓柱形輪轂，在聚氨酯最大面積和橫截面滿足要求的情況下，邊緣設計了多孔以及錐形肋結構。我選擇Onyx作為輪轂的制作材料，因為它具有較高的剛性和強度和可觀的粘附性能。剛性的增加使得輪轂輕量化，而樹脂則會更好地粘附在表面粗糙的Onyx材料上。

2英寸車輪輪轂和模具，具有多孔和錐形肋結構

由于Tiny Overhaul也需要一些小的前輪，我使用Autodesk Inventor的參數(shù)化建模功能快速生成了2英寸的模型。這種小型模具的澆注區(qū)域受限，所以我對這種材料的表現(xiàn)也很感興趣。

采用MarkForged尼龍材料打印的3D模具

 我在Mark Two機器上使用未增強尼龍材料打印了一個測試模具。模型設置采用疏松方式——4層外壁、頂面和底面，且僅25％填充，選擇最大層厚0.2mm。我將對準銷孔設計為兩部分，以確保模型對齊。

模具中的3D打印輪轂

模具澆注
模具由常規(guī)軟管夾固定。在內部，將輪轂置于一個接頭襯套上，確保其在模具的中心。接頭襯套保留通孔，以便用緊鎖螺母和螺栓將輪轂底面密封在模具上。在組裝前，對模具進行了噴涂脫模處理。

首先利用真空脫除聚氨酯樹脂

在具有鑄造經(jīng)驗的朋友建議下，我利用真空裝置脫除混合樹脂中的氣泡。Smooth-on宣稱，他們的樹脂受氣泡影響甚小，但實際效果并非如此。殘留氣泡造成樹脂材料內部不連續(xù)，因此會降低輪胎胎面的完整性。由于3D打印模具時內部也存有氣體，抽真空可能造成模具變形，甚至內部內部氣體泄漏溢出，因此，我只將杯狀混合材料進行脫氣處理，而不是將整個模具放入真空室內。

待固化的澆注車輪

2分鐘左右即可完成澆注3英寸的車輪模具。保持混合材料良好的流動性，樹脂緩慢沉降到底部而不堆積在模具上面。讓樹脂自動找到水面線可以避免零件內部產(chǎn)生較大氣泡。

澆注的第一個車輪模型

我先制作了1個3英寸和1個2英寸的車輪，等到兩個車輪初步固化后，就可以實施量產(chǎn)了。我通過3D打印的方式制作了另外的模具，一次可以澆注4個或更多的車輪。確定兩個完美的模具，作為澆注3英寸和2英寸車輪的標準模具。
固化過程
多數(shù)樹脂制造商推薦使用初始室溫進行緩慢固化，然后加熱材料以增強聚合物交聯(lián)反應。例如，Reoflex 50的數(shù)據(jù)表指出，將材料加熱到65℃保持4-8小時。 我使加熱腔維持在70℃左右，這種快速加熱狀態(tài)下制作出的新車輪顯然更加堅韌，更富有彈性。

準備用于Tiny Overhaul的Onyx芯50A聚氨酯車輪

經(jīng)過一周的試驗工作，每個規(guī)格生產(chǎn)了6個模型。我暫時停止了ReoFlex50的供貨，期待在投入更多的材料資金之前，車輪能夠在競技場上發(fā)揮實際的作用。后期幾天我的試驗保持良好的循環(huán)。晚上離開實驗室之前將模型澆注好，第二天早上直接脫模，接著白天進行加熱固化。

Tiny Overhaul-新近版本命名為überclocker4.0，完全定制車輪

現(xiàn)在我已經(jīng)探索了生產(chǎn)流程和基本設計，在未來我將近一步嘗試制造不同化合物的車輪，并在漆面鋼制地板上測試其牽引力。

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