로봇 그립 인터페이스에서 3D 프린팅된 폴리머 인서트와 기존 폴리머 인서트의 마찰 기계적 특성과 엘라스토-플라스틱 접촉 반응

융합 적층 모델링(FDM)을 사용하여 제작된 3차원 프린팅 폴리머는 필라멘트 경로, 층 간격 및 세포 내부로 인한 방향성 미세 구조를 보여주며, 이는 균일한 벌크 재료와는 구별되는 기계적 및 마찰학적 반응을 초래합니다. 본 연구는 로봇 그립 응용 분야에 적합한 30% 육각형 내부 구조를 가진 폴리프로필렌(PP) 벌크 인서트와 3D 프린팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG) 인서트의 상대적인 마찰 기계적 평가를 제시합니다. 5N에서 100N(150N for PP)의 하중으로 점진적인 긁힘 테스트를 수행했으며, 프로필로메트리를 적용하여 홈 형태, 능선 형성 및 이탈된 부피 비율을 정량화했습니다. 엘라스토-플라스틱 원추 압입 모델을 사용하여 홈 기하학에서 압입 압력과 탄성-플라스틱 전이 반경을 도출했습니다. PETG 인서트는 내부 구조와 관련된 불규칙한 홈 깊이, 불규칙한 능선 파열 및 마찰 변동을 나타내었으며, 이는 적층 제조 폴리머의 이방성과 구조 의존적 행동에 대한 기존 연구와 일치합니다. 반면, 벌크 PP는 증가하는 하중 하에서 더 부드러운 마찰 프로파일과 더 안정된 플라스틱 흐름을 나타냈습니다. 특수 마찰 작업 및 능선 대 흔적 부피 비율이라는 두 가지 기능적 지수를 도입하여 로봇 그립 시스템을 위한 재료 선택을 지원합니다. 결과는 3D 프린팅된 인서트의 국부적 접촉 역학이 프린트로 유도된 구조적 특징에 의해 지배되며 긁힘 기반 엘라스토-플라스틱 분석을 통해 효과적으로 평가될 수 있음을 보여줍니다. 이 연구에서 제시된 방법과 결과는 로봇 그리퍼 손끝을 위한 폴리머 인서트의 합리적인 선택 및 설계를 지원합니다. 제안된 긁힘 기반 엘라스토-플라스틱 평가 프레임워크는 제조업체 및 자동화 엔지니어가 마찰 안정성, 마모 응답 및 변형 저항을 기준으로 3D 프린트된 재료와 기존 재료를 비교할 수 있게 합니다. 이 접근법은 산업 취급, 포장 및 협동 로봇에서 그립 성능을 최적화하는 데 직접 적용될 수 있습니다.