经过6000多年的经验积累，机械轮子的设计加工已经发展的相当完美。然而，在BattleBots第2季中我发现，还有很多地方有待优化改进。我设计有一个强大稳定的方形6轮驱动平台-Overhaul 2.0，它可以利用速度优势在对战中用升降机抓住对手。开始，我仅根据自己了解的信息选择了车轮的设计：中等硬度的工业脚轮，并附带热塑性弹性（TPE）轮胎。将16马力的发动机装配在这个机器人上，并能够在1秒内达到19 mph，这本身就是一个难以预测的方案。

Overhaul的动力传动系统设计图。4个5英寸工业脚轮，2个3英寸个性化定制轮（轮毂采用Markforged公司的尼龙和克维拉纤维制造，并粘合聚氨酯轮胎）
遗憾的是，这种配置在竞技场上并没有发挥预期的作用。TPE轮胎在轮毂强大的动力带动下开始打滑，机器人像行驶在冰面上一样无法控制。这致使16马力的无刷驱动电机完全无法按额定功率输出。

Overhaul的动力传输系统残余部分，后轮出现明显的裂痕和碎片

BattleBot第2季结束后，我认识到需要对车轮设计做更多的思考。本质上来说，轮子需要将机器人强大的动力传送至地面上。接下来我便开始研究可铸橡胶混合物，试图找到合适的解决方案。我制作了一些模具用于浇注材料，并在机器维护的同时研究一些其他工作。另外，我曾仔细观察过一些竞争对手（包括Beta）现场安装他们自己的聚氨酯车轮。本来呢，我对轮胎和轮毂的设计以及模具和铸造知之甚少。幸运的是，今年夏天，我在底特律的制造商大会上遇到了一些公司的代表，并详细地讨教了如何制造具有强大牵引力的车轮。Smooth-On是一家主营模具制作和铸造的公司，主要面向服装和道具行业，而非工业用途。但是，他们的经销商遍布在美国全境，所以很容易找到他们进行材料测试——距波士顿仅15分钟车程。

重30磅的Overhaul缩放版，体积仅有原模型的1/8

设计模具
销售代表推荐了2种材料，Reoflex和Simpact系列，它们具有极好的抗撕裂强度和抗拉强度。在这种复合材料轮胎中，橡胶胎面通过剪切作用连续摩擦地面，表现出极好的牵引力特性。很快，我拿到了ReoFlex 50样品（用50A硬度检测后，感觉像鞋底一样柔软），然后开始设计模具和轮毂。

3英寸车轮模具实体模型，具有螺旋胎面花纹

在彻底检修之后，我确信车轮表面需要可以清除残渣的能力。车轮虽然不一定要适用于通过水面或泥地，但仍需提防竞技场上的松散碎屑和油漆区。首先，我设计了一个简单螺旋胎面花纹。显然这并非好的方案，但现在需要快速进入产品成型测试阶段。我预想螺旋槽会将碎片推向接触面的另一侧。您和可能购买过轮胎，但是沟槽的确切方向和数量依然是一个悬而未决的谜题。

（利用Onyx打印具有通孔的轮毂，以保持聚氨酯不受附着力影响）

接下来，我面临着设计轮毂的任务。滑板车轮给了我启示，它们有一个共同点：聚氨酯流入的通孔或槽。我需要确保胎面材料即使在粘合失败的情况下也能固定在轮毂上。因此，我制作了一个圆柱形轮毂，在聚氨酯最大面积和横截面满足要求的情况下，边缘设计了多孔以及锥形肋结构。我选择Onyx作为轮毂的制作材料，因为它具有较高的刚性和强度和可观的粘附性能。刚性的增加使得轮毂轻量化，而树脂则会更好地粘附在表面粗糙的Onyx材料上。

2英寸车轮轮毂和模具，具有多孔和锥形肋结构

由于Tiny Overhaul也需要一些小的前轮，我使用Autodesk Inventor的参数化建模功能快速生成了2英寸的模型。这种小型模具的浇注区域受限，所以我对这种材料的表现也很感兴趣。

采用MarkForged尼龙材料打印的3D模具

 我在Mark Two机器上使用未增强尼龙材料打印了一个测试模具。模型设置采用疏松方式——4层外壁、顶面和底面，且仅25％填充，选择最大层厚0.2mm。我将对准销孔设计为两部分，以确保模型对齐。

模具中的3D打印轮毂

模具浇注
模具由常规软管夹固定。在内部，将轮毂置于一个接头衬套上，确保其在模具的中心。接头衬套保留通孔，以便用紧锁螺母和螺栓将轮毂底面密封在模具上。在组装前，对模具进行了喷涂脱模处理。

首先利用真空脱除聚氨酯树脂

在具有铸造经验的朋友建议下，我利用真空装置脱除混合树脂中的气泡。Smooth-on宣称，他们的树脂受气泡影响甚小，但实际效果并非如此。残留气泡造成树脂材料内部不连续，因此会降低轮胎胎面的完整性。由于3D打印模具时内部也存有气体，抽真空可能造成模具变形，甚至内部内部气体泄漏溢出，因此，我只将杯状混合材料进行脱气处理，而不是将整个模具放入真空室内。

待固化的浇注车轮

2分钟左右即可完成浇注3英寸的车轮模具。保持混合材料良好的流动性，树脂缓慢沉降到底部而不堆积在模具上面。让树脂自动找到水面线可以避免零件内部产生较大气泡。

浇注的第一个车轮模型

我先制作了1个3英寸和1个2英寸的车轮，等到两个车轮初步固化后，就可以实施量产了。我通过3D打印的方式制作了另外的模具，一次可以浇注4个或更多的车轮。确定两个完美的模具，作为浇注3英寸和2英寸车轮的标准模具。
固化过程
多数树脂制造商推荐使用初始室温进行缓慢固化，然后加热材料以增强聚合物交联反应。例如，Reoflex 50的数据表指出，将材料加热到65℃保持4-8小时。 我使加热腔维持在70℃左右，这种快速加热状态下制作出的新车轮显然更加坚韧，更富有弹性。

准备用于Tiny Overhaul的Onyx芯50A聚氨酯车轮

经过一周的试验工作，每个规格生产了6个模型。我暂时停止了ReoFlex50的供货，期待在投入更多的材料资金之前，车轮能够在竞技场上发挥实际的作用。后期几天我的试验保持良好的循环。晚上离开实验室之前将模型浇注好，第二天早上直接脱模，接着白天进行加热固化。

Tiny Overhaul-新近版本命名为Überclocker4.0，完全定制车轮

现在我已经探索了生产流程和基本设计，在未来我将近一步尝试制造不同化合物的车轮，并在漆面钢制地板上测试其牵引力。

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