چگونه اولین ربات خود را بسازید ؟ (3)

با سلامی تازه خدمت شما دوستداران رباتیک ؛

در بخش سوم چگونه اولین ربات خود را بسازید ؟ (3) ، قصد دارم مهارت شما را در زمینه شناخت مواد مختلف محک بزنم و کمی درباره خصوصیات مواد متداولی که در ساخت مکانیک ربات به کار می رود بنویسم .

برای ساخت یک مکانیک خوب در ابتدا شما نیاز دارید تا یک ماده یا material مناسب را انتخاب کنید . پارامترهای زیادی برای انتخاب پیش روی ماست اما من به شما پیشنهاد می کنم دو فاکتور زیر را در اولویت قرار دهید ، خصوصا ً اگر اولین ربات شماست و هدف از ساخت آموزش و یادگیری است :

• وزن ( یا به عبارت بهتر چگالی )
• قابلیت ماشینکاری و کار با ابزار

خُب ، چگالی که همان نسبت جرم به حجم است و هر چه یک ماده چگالی اش بزرگ تر باشد یا چگال تر باشد برای حجم یکسان سنگین تر است . مثلا ً شیشه نسبت به پلاستیک عادی چگال تر است ، یک متر مربع از شیشه عادی ساختمانی به ضخامت 3mm از یک متر مربع پلاستیکی که برای ساخت اسباب بازی به کار می رود ( مثل : پُلی پروپیلن ) سنگین تر است .

قابلیت ماشینکاری هم به سهولت سوراخکاری ، برش ، خم ، ذوب و ... با ماشین و یا ابزار دستی مثل پیچ گشتی ، دریل ، کاتر ، انواع اره و ... اطلاق می شود .

خُب با دانستن دو فاکتور فوق حالا مشکل شما این است که دایره شناخت محدودی دارید و به لحاظ فنی خیلی با مواد گوناگون این حوزه آشنایی ندارید . شما نیاز دارید تا نام و تصویر مواد رایج را ببینید تا دایره شناختتان وسیع تر شود و حق انتخاب بیشتری پیدا کنید .

احتمالا ً نام های کلی در ذهن شما از قبل وجود دارد ، مثل :

• آلومینیوم
• پلاستیک
• آهن
• چوب
• و ...
• اما هر یک از موارد فوق می توانند به تنهایی نشانگر یک دسته از موادی با همان نام باشند و ضمناً خیلی از مواد بیش از یک نام دارند . به مثال های زیر توجه کنید :
• pp ( پلی پروپیلن ) و pe ( پلی اتیلن ) هر دو از خانواده پلاستیک ها و پلیمر ها هستند .
• نام تجاری پُلی اِستایرِن ، کریستال است و اغلب با این نام در بازار خرید و فروش می شود .

با توجه به این که خیلی از موادی که در اینترنت دیده می شود ممکن است در بازار ایران نباشد و درصد زیادی وارداتی اند ،این مطلب را بومی سازی می کنم و تنها به معرفی مواد قابل دسترس در کشور و بازار می پردازم .
 

آلومینیوم :
که معرف حضور همه شما هست . اگر رباتیک بخشی از سرگرمی شما شده ، برای ساخت ربات خود حتما ً از آلومینیوم استفاده کنید . ویژگی های آلومینیوم :

سبک

محکم

مقاوم در برابر خوردگی

مقرون به صرفه و نسبتا ً ارزان

مهم تر از همه ، شکل دادن و خم خوردن آسان ، برش و دریل کاری راحت

استحکام :

آلومینیوم به اندازه فولاد ( steel ) سخت و مستحکم نیست و حتی ارزان تر هم نیست ! اما چرا آلومینیوم مناسب کار ساخت بدنه های رباتیک است ؟ به این دلیل که آلومینیوم نسبت به وزن خود استحکام و مقاومت بسیار بالایی دارد . یعنی برای جرم مساوی از آلومینیوم و فولاد ، استحکام آلومینیوم بیشتر است ، در نتیجه گران تر هم خواهد بود . اما آیا با وجود این استحکام بالاتر و مقاومت بسیار در برابر خوردگی شما نیاز به جرمی برابر با فولاد متناظر با آن دارید ؟

مقاومت در برابر خوردگی و پوشش های حفاظتی :

نکته جالب دیگر مقاومت آلومینیوم در برابر زنگ زدگی است . در واقع آلومینیوم زنگ می زند اما این زنگ یا همان اکسید آلومینیوم به عنوان یک لایه محافظ روی آن را می پوشاند و از اکسیداسیون دوباره آن جلوگیری می کند . اما همین مساله از نگاهی دیگر هنوز یک عیب برای این ماده است . مثلا ً در ظروف آشپزخانه این لایه هنگام پخت غذا شسته شده و وارد غذا می شود و به بدن ما آسیب می رساند . اگر روی برخی ظروف آلومینیومی دست بکشید و آن ها را لمس کنید انگشتان شما کمی خاکستری می شوند ، این همان زنگ آلومینیوم است .پس اگر ربات شما قرار است در آب قرار بگیرد آلومینیوم خیلی مناسب نیست چون زنگ آن در آب پخش می شود و دچار خوردگی پیاپی می گردد . نوع بهتری AL5052 است که زنگ آن در مقابل آب مقاوم شده است . فرآیند مقاوم سازی زنگ Iriditing نام دارد که نوعی آبکاری AL است و با ماده iridite که بخش اصلی آن از کروم است بعلاوه یک سری ماده سمی دیگر .

دو نوع دیگر آبکاری AL وجود دارد :

اکسیداسیون سیاه : یک پوشش سخت تر برای مقاوم سازی فیزیکی در برابر صدمات ، اگر شما تا به حال یک پیچ سیاه رنگ دیده باشید حتما ًشاهد نتیجه اکسیداسیون سیاه بوده اید .

گالوانیزه کردن : این فرآیند یک لایه فلز روی را روی AL می پوشاند . در این حالت خوردگی تنها روی فلز روی (Zn) تاثیر می گذارد . این روش خیلی ارزان است اما با تماس و لمس کردن دست شما به سادگی آلوده می شود .

پوشش آلومینیوم و آندی کردن :

تا به حال دقت کرده اید که الماس می تواند شیشه را ببرد اما شیشه نمی تواند الماس را برش دهد ؟ تنها مواد سخت تر مواد نرم تر را برش می دهند . این یک مشکل اساسی AL است . چون بسیاری از مواد سخت تر و خشن تر می توانند آن را خراش دهند . گاهی واقعا ً در ساخت بدنه نیاز به سبکی داریم و نمی توان این عامل را در انتخاب ماده نادیده گرفت و انتخاب اول و آخر ما AL است . اما با خوردگی چه کنیم ؟ به این منظور از فرآیندی گران به نام آندی کردن استفاده می کنند که لایه محافظ خیلی سختی روی AL را می پوشاند . این کار رنگ AL را تغییر می دهد به قرمز و یا قهوه ای مایل به  سبز و یا رنگ های دیگر. این فرآیند مثلا ً برای ربات های جنگجوی مسابقاتی مناسب است. آنودایز سخت می تواند آلومینیوم نرم را تبدیل به یک ماهی تابه بسیار محکم کند به طوری که به سادگی بتواند با فولاد قابل رقابت باشد.

نمونه ای از یک بنده آلومینیوم آنودایز شده

قابلیت های حرارتی :

تقریبا ً تمام مخازن حرارتی از آلومینیوم ساخته می شوند و نمونه استفاده از این قابلیت AL هیت سینک ها ( گرما گیر ) در صنایع الکترونیک هستند . چون AL توانایی انتقال حرارتی بالایی دارد . تقریبا ً بعد از آلومینیوم ، تنها فلز با هدایت حرارتی بالا که در دسترس و فراوان باشد مس است .  اما مس به مراتب گران تر و سنگین تر و بیش از حد نرم است . اگر مثلا ً موتور ربات شما گرم می شود و می خواهید گرما را به شاسی انتقال دهید مناسب ترین گزینه یک هیت سینک آلومینیومی است . می توانید موتور را با یک هیت سینک کوچک به شاسی آلومینیومی خود وصل کنید . برای انتقال بهتر از خمیر یا ورق سیلیکون هم استفاده کنید و آن را بین هیت سینک و موتور و نیز هیت سینک و شاسی قرار داده و بعد هر سه را به هم متصل کنید .