Mit additiver Fertigung innerhalb einer Woche zum einsatzbereiten Greiferwerkzeug 3D-gedruckter Greifer besitzt vierfache Kraft des Vorgängermoduls - KEM

Mit additiver Fertigung innerhalb einer Woche zum einsatzbereiten Greiferwerkzeug

3D-gedruckter Greifer besitzt vierfache Kraft des Vorgängermoduls

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Was tun, wenn ein Verpackungshersteller kurzfristig einen ultraleichten Greifer zum Packen von Crackern benötigt? Ein nur 500 g schwerer Greifer aus Kunststoff, per industriellem 3D-Druck hergestellt, war die Lösung. Er packt mit vierfacher Kraft zu. Durch Funktionsintegration reduzierte sich auch die Anzahl von Einzelteilen und damit der Montageaufwand.

Die Roboter für den Pick-&-Pack-Bereich waren bereits bestellt, als die Langen Group, Zulieferer eines großen amerikanischen Lebensmittelherstellers, die Konzeption eines Greiferarms in Angriff nahm. Mit seiner Hilfe sollten die Roboter abgepackte und gestapelte Cracker greifen und in Kartons verpacken. Dann stießen die Ingenieure auf ein Problem: Der Greifer durfte nur 500 g schwer sein. Die Langen Group wandte sich damit an Anubis 3D, einen Spezialisten für maßgeschneiderte Lösungen im Bereich additive Fertigung. Um mit der maximalen Geschwindigkeit des Roboters arbeiten zu können, durfte der Greifer, der Cracker in Verpackungen befördert, zusammen mit dem Produkt nicht schwerer als 2 kg sein. Da die größte Verpackungseinheit bereits 1,5 kg auf die Waage brachte, musste das verwendete Endstück also weniger als 500 g wiegen. „Die Gewichtsbeschränkung schloss Aluminium oder Metallblech als Material aus“, fasst Tharwat Fouad, Präsident bei Anubis, die grundlegende Herausforderung zusammen. Für einen schwereren Metallgreifer hätten größere Roboter bestellt werden müssen, die teurer gewesen wären – zudem bestand auch noch ein hoher Zeitdruck. Darüber hinaus sollte sich das Werkzeug ohne Muttern und Schrauben befestigen lassen, damit das Bedienpersonal die Greifereinheiten einfach und vor allem schnell auswechseln kann. „Es gab insgesamt zwei völlig verschiedene Konfigurationen, verschiedene Formen und drei Kartongrößen, wobei jeweils zwei kleine Kartons oder ein großer Karton bestückt werden müssen“, erklärt Fouad.

Fouad und sein Team hatten bereits für frühere Kundenprojekte den Markt studiert und wichtige Erkenntnisse über die jeweiligen Fertigungstechnologien gesammelt. „Wir stellten fest, dass Systeme zur additiven Fertigung von Kunststoffen vor allem im Rapid Prototyping verwendet werden“, erklärt er. „Doch unsere Beweggründe waren völlig andere. Wir wollten funktionale Endkomponenten produzieren und waren überzeugt, dass der industrielle 3D-Druck auch dafür die richtige Technologie ist.“
Nachdem die Entscheidung für die additive Fertigung stand, führte das Anubis-Team eine detaillierte Analyse der auf dem Markt erhältlichen Fertigungssysteme durch und wählte schließlich das Modell Formiga 100 des deutschen Anlagenherstellers EOS. Innerhalb weniger Tage hatte EOS das System geliefert und in Betrieb genommen. Die Bedienung war relativ einfach zu erlernen.
Um die Akzeptanz der additiven Fertigung zu steigern, ist es laut Fouad elementar, jahrzehntealte Denkmuster aufzubrechen. „Es ist möglich, anstelle von Metall Kunststoffe einzusetzen, wenn dies ingenieurswissenschaftlich fundiert erfolgt“, begründet er. „Man muss sich auf die Teilegeometrie konzentrieren und die traditionellen Bedenken bezüglich der Komplexität von Bauteilen einfach über Bord werfen – die EOS-Technologie ist diesbezüglich nämlich keinen Einschränkungen unterworfen.“
Ebenso wichtig für die Umsetzung der angestrebten Endprodukte war die Werkstoffauswahl. Mit EOS-Anlagen können Polyamide, Polystyrole, thermoplastische Elastomere und Polyaryletherketone verarbeitet werden. „Das System ermöglicht es uns, eine schier endlose Palette an Bauteilen aus gängigen Werkstoffen der Branche zu produzieren“, berichtet Fouad. Dabei arbeitet es mit einem leistungsstarken Laser und Präzisionsoptik, um Bauteile schnell und akkurat zu fertigen. Der Laserstrahl verschmilzt Schicht für Schicht das pulverförmige Material und erzeugt so hochkomplexe Teile.
Die Vorteile der EOS-Technologie zeigten sich schnell. Anubis konnte seinem Kunden eine maßgeschneiderte Lösung für das Projekt präsentieren. Statt einer traditionellen Metallvakuumplatte mit Luftkanälen – für deren Konzeption und Fertigung mehrere Monate hätten veranschlagt werden müssen – wurden leichtere und optimierte Komponenten entwickelt, die die vierfache Greifkraft der Vorgängerbauteile besaßen. Es war nur eine Woche nötig, um das neue Greiferwerkzeug additiv zu fertigen, zusammenzubauen und final auf seine Einsatzfähigkeit zu prüfen.
Für das Hauptsaugelement wurde Polyamid 12 (EOS-Werkstoff PA 2200) verwendet, da es äußerst flexibel ist, Verformungen standhalten kann und gemäß United States Pharmacopeia USP Class VI für den Lebensmittelkontakt zugelassen wurde. Die Wanddicke des Sauggreifers variierte je nach Abschnitt zwischen 2 und 3,5 mm. Die Bauteile wurden mithilfe eines Softwareprogramms, das das Design der Strukturen durch eine Anpassung der Wanddicke an die geforderte Festigkeit beziehungsweise Flexibilität organisch optimiert, speziell für die additive Fertigung konzipiert. „Durch die Effizienz des überarbeiteten Lochprofils wies der Greifer nun eine Saugkraft auf, die sogar das Gewicht einer Bedienperson hätte halten können“, erklärt Fouad. „Unser Kunde hat eine solche Leistung zuvor noch nicht gesehen.“
Die Langen Group lieferte die Sauggreifer aus und montierte sie auf den neu eingetroffenen Robotern im Werk des Cracker-Herstellers. „Ein Werkzeug zu entwickeln und herzustellen, das die von uns gewünschten Greifeigenschaften aufweist und dabei noch die Nutzlastbeschränkungen des Roboters berücksichtigt, wäre früher gar nicht möglich gewesen“, sagt Robert Husnik, Engineering Manager bei der Langen Group. „Dank der gestalterischen Freiheit, die uns die additive Fertigung bietet, sind wir nunmehr in der Lage, regelrecht Unmögliches zu vollbringen.“ mc

Kontakt

info

EOS GmbH Electro Optical SystemsKrailling / MünchenTel. +49 89 893 36-0
Details zum Formiga-System:
http://t1p.de/v55c
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