Weiche Robotik mit TPU 60A: stärkere, flexiblere 3D‑Drucklösungen ohne Silikon und Formen dank Filaflex
Weiche Robotik mit TPU 60A: stärkere, flexiblere 3D‑Drucklösungen ohne Silikon und Formen dank Filaflex
Vergessen Sie aufwendige Silikonformen und starre TPU‑Materialien. Diese wegweisende Studie der Kyoto University of Advanced Science zeigt, dass hochflexible TPU‑Materialien mit 60A und 70A Shore-Härte erfolgreich im 3D‑Druck eingesetzt werden können – und dabei Greifer entstehen, die stärker, flexibler und deutlich schneller herzustellen sind als klassische Soft‑Robotics‑Designs.
Das Problem: Silikonformen und starres TPU bremsen die Entwicklung
Seit Jahren basieren weiche Roboter-Greifer auf Silikonformverfahren – einer veralteten, zeitaufwendigen und fragilen Methode, die komplexe Formen und lange Aushärtezeiten erfordert. Zwar hat sich der FDM‑3D‑Druck als Alternative etabliert, jedoch setzen die meisten Anwendungen auf TPU 85A, das für leistungsstarke Soft‑Robotics‑Systeme häufig zu steif ist.
Der Durchbruch: TPU 60A und 70A als wirklich geeignete FDM‑Materialien
Diese Studie belegt, dass flexible Materialien wie Filaflex 60A und 70A erfolgreich auf einem Standard‑3D‑Drucker wie dem Prusa MK4 verarbeitet werden können. Dadurch lassen sich komplexe Geometrien wie pneumatische Faltenbälge direkt drucken. Die Ergebnisse übertreffen silikonbasierte Verfahren sowohl in Flexibilität als auch in Haltbarkeit deutlich.
Jeder Greifer wurde in etwa 10 Stunden gedruckt – ganz ohne Formen oder Aushärtungsprozesse.
Herausragende Leistung: Kraft, Flexibilität und Vielseitigkeit
- Hohe Greifkraft: Der Greifer aus TPU 60A hob 1297 g (eine komplette Filamentspule) – im Vergleich zu nur 230 g bei einem silikonbasierten Greifer.
- Überlegene Flexibilität: Bei 200 kPa erreichte der TPU‑60A‑Greifer einen Biegewinkel von 104°, TPU 70A 81°, während TPU 85A lediglich 42° erreichte.
- Vielseitiger Griff: Dank des pneumatischen, dreieckigen Designs konnte derselbe Greifer sowohl empfindliche Objekte (z. B. ein 55‑g‑Ei) als auch schwere Werkzeuge sicher handhaben.
Das technische Fundament: Hyperelastisches Yeoh‑Modell 3. Ordnung
Um Ingenieuren eine simulationsfähige Grundlage zu bieten, validierte das Forschungsteam das hyperelastische Yeoh‑Modell 3. Ordnung als die präziseste Methode zur Simulation von TPU 60A und 70A in FEA‑Software. Mit einer Abweichung von nur 6° ermöglicht dieses Modell eine zuverlässige digitale Prototypenentwicklung und reduziert Versuche sowie Materialverbrauch.
Fazit: Eine neue Ära der weichen Robotik – angetrieben von Filaflex
Diese Studie zeigt eindrucksvoll, dass Materialien wie Filaflex 60A und 70A nicht nur 3D‑druckbar sind, sondern Silikon in nahezu allen relevanten Aspekten übertreffen. Höhere Greifkraft, größere Biegewinkel und eine schnellere, sauberere Fertigung machen sie zur idealen Wahl für die nächste Generation weicher Robotersysteme.
Die Zukunft der flexiblen Robotik wird nicht gegossen – sie wird 3D‑gedruckt.
Quelle
„Materials and Methods for Designing 3D‑Printed Soft Robot Grippers in Low‑Hardness TPU (60A–70A)“
Khalid Meitani, Sajid Nisar. IEEE Access, Vol. 13, 2025.
DOI: 10.1109/ACCESS.2025.3642169