Wie 3D-Druck die Automation verändert.
Aufregende Zeiten stehen bevor. Die Digitalisierung revolutioniert die Industrie, wobei Roboter immer mehr Aufgaben übernehmen, um den Bedarf an manueller Arbeit zu reduzieren. Gerade bei sehr monotonen Tätigkeiten und Aufgaben in anspruchsvollem und gefährlichem Terrain ist dies besonders sinnvoll. Der akute Fachkräftemangel befeuert diesen Trend und bringt immer mehr Unternehmen dazu ihre Prozesse mit Hilfe von Robotern zu automatisieren. Dazu haben auch die Fortschritte in der additiven Fertigung beigetragen, die es ermöglicht, Roboter mit äußerst anpassungsfähigen Endeffektoren, sogenannten End-of-Arm-Tools EOAT, auszustatten. Besonders pneumatische Greifsysteme sind dabei von unschätzbarem Wert, da sie eine schnelle und schonende Handhabung von Objekten mit hoher Zuverlässigkeit ermöglichen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass viele Automatisierungsanwender bereits die Möglichkeiten von hochgradig angepassten Lösungen nutzen, um ihre Prozesse zu optimieren – und das mit großem Erfolg!
Das Werkzeug am Ende des Roboterarms ist die wichtigste Komponente in jedem Robotersystem, da es den Roboter erst in die Lage versetzt, seine Aufgaben tatsächlich auch auszuführen. Um eine sichere Verbindung zwischen dem Roboter und dem jeweiligen Objekt herzustellen, sind nicht selten maßgeschneiderte Endeffektoren nötig. Für die Handhabung von Objekten werden zudem häufig pneumatische Systeme eingesetzt, da sie insbesondere ein schnelles, schonendes und zuverlässiges Greifen ermöglichen.
Die üblichen pneumatischen Greifwerkzeuge werden meist als verschraubte Bausätze, bestehend aus Aluminiumprofilen, Verbindungselementen und Aufnahmen für Greifelemente wie beispielsweise Greifzangen oder Saugnäpfe, geliefert. Diese individuell konfigurierbaren Bausätze auf Basis von Profilsystemen haben jedoch den großen Nachteil des hohen Montage- und Rüstaufwands, des hohen Gewichts und der zeitaufwändigen Feinjustierung. Auch der organisatorische Aufwand hinsichtlich Beschaffung, Lagerung und Bereitstellung einer Vielzahl von Komponenten und entsprechender Ersatzteile ist nicht zu vernachlässigen. Für viele Anwendungen, bei denen es insbesondere auf eine schnelle sowie einfache Rüstung und Feinjustierung ankommt, ist dieser Ansatz daher nicht geeignet.
Standard-Vakuumgreifsystem für Teilehandling – [1]
Additiv gefertigte Vakuumgreifer sind für solche Anwendungen eine interessante und kostengünstige Alternative. Sie sind so konstruiert, dass sie sich in Form und Gestalt ideal an die zu handhabenden Objekte anpassen. Somit wird gewährleistet, dass der Roboter die Objekte zuverlässig greifen und bewegen kann. Die 3D-gedruckten Komponenten können aus verschiedenen Materialien wie Kunststoff oder auch Metall hergestellt werden, je nach den Anforderungen der Anwendung. Außerdem können sie auch an sehr komplexe Objekte angepasst werden, um einen sicheren Griff auch in schwierigen Umgebungen zu gewährleisten.
3D-gedruckte Vakuumgreifer werden aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Vielseitigkeit immer beliebter. Sie stellen eine hervorragende Lösung für Branchen dar, die ihre Prozesse automatisieren möchten, ohne dabei das Budget zu sprengen. Mit der fortschreitenden Verbesserung der additiven Fertigungsverfahren werden sich auch die Fähigkeiten dieser Greifer weiterentwickeln, was sie zu einem Muss für jede Roboteranwendung macht.
Ein wesentlicher Aspekt ist das geringe Eigengewicht additiv gefertigter Komponenten.
Ein leichteres Greifwerkzeug kann die Produktivität und Effizienz im Betrieb erheblich steigern. Durch das reduzierte Gewicht kann das Robotersystem mehr Last tragen oder bei geringerem Gewicht schneller und präziser arbeiten. Es wird nicht nur der Verschleiß einzelner Komponenten minimiert, sondern insbesondere die Lebensdauer des gesamten Systems verlängert. Dies führt zu geringeren Wartungskosten, einer höheren Zuverlässigkeit und somit zu einer höheren Produktivität. Eine Leichtbaukonstruktion ist auch ergonomisch vorteilhaft, da es die Handhabung erleichtert und die Belastung für das Bedienpersonal reduziert.
Früher Strukturprototyp mittels FDM-Verfahren hergestellt – struktur.form.design Engineering [2]
Darüber hinaus ermöglicht der 3D-Druck die Herstellung von Greifwerkzeugen mit sehr komplexen Geometrien und Merkmalen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht realisierbar gewesen wären. Funktionen wie integrierte Luftkanäle, Vakuumerzeugung durch Ejektoren und Anschlussstutzen zur Aufnahme von Saugnäpfen können direkt in das Greifmodul integriert werden, wodurch der Bedarf an zusätzlichen Komponenten enorm reduziert wird. Auch die Integration von Sensorik für die Greifkraft- bzw. Vakuumüberwachung ist ohne Weiteres realisierbar. Dies bedeutet weniger potenzielle Fehlerquellen, wie falsch angeschlossene Leitungen und Verteiler mit Leckagen. Auch das manuelle Verschlauchen und Justieren der Greifelemente ist nicht mehr notwendig. Das macht die additive Fertigung zu einer effizienten und kostengünstigen Methode zur Herstellung von Werkzeugen mit komplizierten Geometrien.
Ein hohes Maß an Individualisierung ermöglicht ein effizienteres Greifen, da es genau auf die Spezifikationen des Produkts zugeschnitten werden kann. Die Montage- und Rüstzeiten in der Fertigung können minimiert werden. 3D-gedruckte Robotergreifer bieten eine kostengünstige Lösung, die einfach zu implementieren und zu warten ist. Dank ihrer Flexibilität, Anpassungsfähigkeit und Zuverlässigkeit sind sie eine ausgezeichnete Wahl für alle Unternehmen, die ihre Kosten senken und gleichzeitig ihre Produktionskapazitäten erhöhen wollen.
Use Case
- Anwendung: Teilehandling mittels Leichtbauroboter
- Zielsetzung: Maximale Ausnutzung der verfügbaren Traglast
- Fertigungstechnologie: SLS
- Greifergewicht: 0,245 kg
- Tragfähigkeit: bis zu 10 kg
- innenliegende Luftkanäle
- integrierte Vakuumerzeugung (Druckluft – Venturi-Prinzip)
- Greifkraftüberwachung durch Sensorik
Kosten, Funktionalität und Zuverlässigkeit sind wichtige Gesichtspunkte bei der Konstruktion eines Greifers. Die in diesem Fall konsequent umgesetzte Funktionsintegration zielt darauf ab, die Montage- und Einrichtungszeit zu minimieren, und die wartungsfreundliche Konstruktion gewährleistet eine einfache Instandhaltung. Die Vakuumerzeugung mittels Ejektor ist direkt in das Greifmodul integriert, was ein sehr schnelles Evakuieren der innenliegenden Luftkanäle ermöglicht, und die integrierte Sensorik ermöglicht eine Greifkraftüberwachung, was ein Plus an Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit bedeutet. Mit einem Nettogewicht von nur 135 Gramm ist der Greiferkörper nicht nur extrem leicht, sondern auch äußerst funktional. Die Roboternutzlast kann somit maximal ausgenutzt werden.
Additiv gefertigter Vakuumgreifer X-SPDR – struktur.form.design Engineering [2]
Mit einer Tragfähigkeit von bis zu 10 kg kann er selbst noch schwere Objekte sicher handhaben. Eine der bemerkenswertesten Eigenschaften dieses Greifers ist seine kurze Durchlaufzeit in der Herstellung. Dank des additiven Fertigungsverfahrens, bei dem der Greiferkörper aus nur einem Bauteil entsteht, kann er innerhalb eines Tages mittels SLS-Technologie (selektives Lasersintern) gefertigt werden und zeitnah einsatzbereit sein. Das optimierte Design des Greifers führt zu einer stabilen und enorm leichten Konstruktion, die ein zuverlässiges Greifen sowie eine sichere Bewegung und gezielte Platzierung ermöglicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Greifer leicht, leistungsfähig und einfach zu bedienen ist.
Zusammenfassung
Wir leben in aufregenden Zeiten, in denen die fortschreitende Digitalisierung die Industrie revolutioniert. Roboter sind dabei die treibende Kraft, die immer mehr Aufgaben übernehmen, um den Bedarf an manueller Arbeit zu reduzieren. Insbesondere bei monotonen Tätigkeiten und in anspruchsvollem Terrain erweist sich dies als besonders sinnvoll. Der akute Fachkräftemangel in vielen Branchen befeuert diesen Trend und bringt immer mehr Unternehmen dazu, ihre Prozesse mit Hilfe von Robotern zu automatisieren. Durch die Fortschritte in der additiven Fertigung können Roboter nun mit äußerst anpassungsfähigen Endeffektoren ausgestattet werden. Durch die Möglichkeit, Greifwerkzeuge hochgradig individuell herzustellen, eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten in der Automation. Diese 3D-gedruckten Werkzeuge können an die spezifischen Anforderungen der Anwendung angepasst werden und ermöglichen somit eine schnellere und schonendere Handhabung von Objekten. Dies ermöglicht eine noch höhere Produktivität und Effizienz in der Fertigung. Es ist spannend zu sehen, wie die Zukunft der Automatisierung aussieht und wie Unternehmen die Optimierung ihre Prozesse weiter vorantreiben.
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[1] Quelle: Adobe Stock Photo
[2] Quelle: struktur.form.design Engineering
