Proto Labs（也称为 Protolabs）是一家提供快速制造服务的公司，总部位于美国明尼苏达州。该公司成立于1999年，旨在通过提供快速原型制造和短批量生产服务来加速产品开发周期。Proto Labs 使用多种先进技术，包括3D打印、注塑模塑、和CNC（计算机数控）加工等，来迅速制造部件和组件。

Proto Labs 的服务主要面向工程师、设计师、和开发者，帮助他们快速将产品概念转化为现实。这对于需要快速迭代和测试概念的行业（如医疗、航空、消费电子等）特别有用。这家公司能在非常短的时间内（有时在几天或更短的时间内）提供高质量的零件和原型。

Proto Labs 的业务模式利用了先进的软件和自动化流程，这不仅加快了生产速度，而且还降低了成本。通过在线平台，客户可以上传他们的设计文件，然后迅速收到价格报价和生产时间预估。

Protolabs 通过为 Small Robot Company (英国一家农业机器人公司)最新的农业机器人 Tom V4 3D 打印两个不同的部件，登上了第四次农业革命的舞台。

在非常紧迫的期限内，为 Small Robot Company 最新的农业机器人 3D 打印两个不同的部件：一个 SSD 安装座（用于数据存储）和一个转向执行器盖（用于覆盖下面精致的执行器组件）。

解决方案

将 Protolabs 报价平台的效率、Protolabs 工程团队的专业知识以及 Protolabs 世界领先的增材制造服务的快速性结合在一起。

结果

Protolabs 帮助改进设计，以确保零件（特别是转向执行器盖）具有更好的功能，同时提供零件着色解决方案，然后使用 Multi Jet Fusion 快速打印零件并将其运送给客户进行测试和评估。

Small Robot Company正在彻底改变农业。该公司的自主精密农业机器人是对 21世纪问题的 21世纪答案：联合国表示，到 2050 年，世界必须在不使用更多土地或破坏更多生态系统的情况下生产更多 70% 的粮食。

使用拖拉机和其他类似机械不再是解决这一重大挑战的最佳方法。原始技术已经存在，可以更便宜、更准确、更少浪费地生产食品。从水果采摘机器人到无人驾驶喷雾机，自主机器人农业已经成为我们农业领域的常见景象，但Small Robot Company的进步是农民、教授、服务设计师和工程师之间合作的独特成果。他们的工作结合了尖端的机器人技术和人工智能，创建了一种可再生且盈利的农业新模式——单株农业——其中 Tom V4 机器人脱颖而出。

这是世界领先的数字制造商Protola bs 如何支持此类改变游戏规则的硬件的开发和创建的故事。

Small Robot Company机械工程师Rhian Griffith说：“Protolabs 报价平台总是非常快，我们还从他们那里得到制造反馈。系统会自动详细说明任何问题，这意味着我们可以在产品投入生产之前解决这些问题。这真的很方便，上传文件非常容易。”

产品

Tom V4 是一款扫描机器人，它可以详细扫描作物，识别单个植物，收集植物和杂草分布的数据，以确定最佳处理路径。该信息通过“每株植物”方法，用于通知可变施肥量，并通过喷嘴控制和分段控制喷雾点施除草剂。

Small Robot Company 目前拥有 5 台已制造并投入使用的 Tom V4，它们不仅为农业企业提供技术服务，还作为农业机器人进一步发展的起点。

正如该公司机械工程师 Rhian Griffith 所描述的那样：“我们在 2021 年夏天制造了第一台 Tom V4，这是我们的 alpha 原型，一个概念验证机器人。虽然非常先进，但它是一个模块化驱动平台，可以用作我们未来任何机器人的基础。Protolabs 制造的两个部件——SSD 安装座和转向执行器盖——是该平台上的组件，并将继续为机器人提供服务，帮助机器人在未来几年进行各种迭代。无论机器人是否进一步开发用于扫描以外的任务，例如种植或喷洒除草剂，核心驱动平台都将保留。机器人内部设计的这种灵活性，无论是查看 Protolabs 制造的单个部件，还是查看整个机器人，对于其成功和耐用性都至关重要。”

目前，该机器人拥有一个核心驱动平台，带有可展开的吊杆，其中装有用于作物扫描的摄像头系统。

转向执行器

本质上，转向执行器是一种通过将机器人移向目标物体来为机器人提供简单寻路的机构。

对于 Tom V4 来说，无论机器人未来适应何种用途，随着后续几代机器人的设计，Small Robot Company 设计的当前形式的转向执行器仍将是其功能的关键组件。Rhian 继续说道：“转向执行器是核心驱动平台内的一个子组件。它由内部电机、行星齿轮系统、一些轴承和大部分周围的铝制外壳组成。然后顶部有一个由 Protolabs 3D 打印的盖子，用于密封该装置。盖子有助于防止水和灰尘进入，因为组件非常敏感，因此如果我们确实将任何东西放入其中，可能会导致零件损坏、粘连或过热等问题。”

除了提供外部保护外，该帽的设计还包括一个通道，有助于固定连接至电机控制器的电线，因此其多种功能衍生出相对复杂的形状，而 3D 打印是理想的制造解决方案。

“以前的机器人没有使用相同的转向执行器。对于 Tom V3，我们从第三方采购了转向执行器，但它很重，而且我们遇到了很多问题。因此，当我们开始设计 Tom V4 时，我们决定采用内部转向执行器，自己设计整个转向执行器，包括盖子，这意味着我们可以降低 BOM 成本，改进设计并减轻机器人重量。”

Protolabs 加入

Small Robot Company 的团队很早就决定他们需要 3D 打印帽子，因为机器人的重量预算很严格，原因有两个。首先，他们需要最大限度地减少整个系统的重量，从而降低地面压力，这意味着机器人在田地里行驶时，可以减少对农作物的损害和表层土壤的压实；其次，核心驱动平台的设计旨在支持广泛的有效载荷，因此保持平台重量轻意味着更多的选择——本质上允许更大的有效载荷重量预算。

Rhian 解释说：“几年前，当我们构建驾驶平台的第一个原型时，我们就处于 alpha 系统设计阶段。我们知道 Protolabs 提供 3D 打印服务，但我们并没有真正选择他们作为原型制造供应商，而是选择他们作为生产供应商，因为所需数量相对较少，而且 Protolabs 的增材技术可以创造最终结果- 使用零件。“

“我们过去曾使用过他们的报价平台，并且在支持我们的开发过程方面取得了成功。我们真的很喜欢这个功能。Protolabs 报价平台总是非常快，我们还从他们那里得到制造反馈。系统会自动详细说明任何问题，这意味着我们可以在产品投入生产之前解决这些问题。这真的很方便，上传文件非常容易。此外，Protolabs 的 3D 打印服务通常周转时间很快，有时在紧急情况下这一点至关重要。与 Protolabs 合作是理所当然的事情。”

在首次上传早期帽迭代后，Small Robot Company 的团队一直在努力清除构建材料中的线槽。此外，当尝试将转向执行器的零部件组装在一起并将电线穿过通道时，这会导致显然需要解决的组装问题。但根据 Protolabs 的设计反馈和建议，模型发生了变化，使组装过程变得更加容易。

在美观方面，Protolabs 也下了很大功夫，也为 Small Robot Company 交出了满意的成绩。

“我们在 Protolabs 上获得了非常积极的体验，我们收到了一些帽子，但它们并没有像我们希望的那样黑色。我们订购了 PA12 材料，Protolabs 建议该材料具有深灰色外观——我们认为这不太适合该部件——但我们希望看到结果来决定前进的道路。最初收到零件时，颜色建议确实是正确的，但 Protolabs 很高兴将它们收回并进一步喷上黑色油漆进行后处理。最终，我们很快就拿回了这些零件，因此我们拥有了我们想要的零件——无论是功能性还是美观性。”

Small Robot Company机械工程师Rhian Griffith：“这就是我们如此喜欢 Protolabs 的原因。您不必花时间与他们进行彻底的设计审查。他们只是通过平台或亲自为您提供所需的信息，然后我们按照我们想要的方式处理设计，然后继续订购零件。就这么简单。”

Multi Jet Fusion – 用于快速原型制作和最终用途零件的 3D 打印工艺

转向执行器的盖是通过 Protolabs 的多射流融合 (MJF)工艺生产的。MJF 有选择地将熔合剂和细化剂涂在尼龙粉末床上，通过加热元件将数千层熔合成固体功能组件。与选择性激光烧结等工艺相比，最终零件表现出优质的表面光洁度、精细的特征分辨率和更一致的机械性能。

MJF 的常见应用是需要一致的各向同性机械性能的零件、功能原型以及具有复杂或有机几何形状的最终用途零件。

第四次农业革命

第四次农业革命的特点是人工智能和自主机器人带来的预期变化。农民的压倒性反馈是农业不起作用：产量停滞不前，机械成本上升，利润受到影响。世界还面临着环境危机，其中重型机械和化学品的使用发挥着关键作用。Small Robot Company正在重新构想农业，以使粮食生产可持续。他们利用机器人和人工智能，创造了一种生态和谐、高效、盈利的全新农业模式。他们称之为“单株农业”，它代表了我们目前在农业领域看到的革命。

Tom V4的未来

Rhian 总结道：“我们目前最关注的实际上是降低成本和工程任务。我们希望改进设计，以便将这些效率传递给我们的客户。但无论是对现有机器人的修改还是下一代机器人的开发，我们都期待与 Protolabs 合作，在产品开发阶段以及生产阶段获得他们的支持。”