Fused Filament Fabrication

Kuka verkürzt Entwicklungszeiten mit Makerbot 3D-Druckern

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Durch den Einsatz von hausinternen 3D-Druckern von Makerbot gelingt es Kuka mit hoher Produktionskapazität, Bauteile in einer wesentlich früheren Entwicklungsphase zu drucken und zu testen, als wenn das Unternehmen die Testbauteile extern fertigen ließe.

Evelin Eitelmann, Redakteurin der KEM Konstruktion, Leinfelden

Inhaltsverzeichnis

1. 3D-Drucker im Rapid Prototyping von Greifern
2. Zeitersparnis in der Konstruktion

Um Roboter und gerade auch End-Effektoren zu entwickeln, greift die Kuka AG in Augsburg beim Rapid Prototyping auf intelligente Technologien wie den 3D-Druck zurück. Mehrere Makerbot Z18 ergänzen so einmal das Prototypen-Team, das neue Roboterkonzepte aufbaut, sowie das Application Engineering Team unter der Leitung von Otmar Honsberg. Letzteres führt Machbarkeitsuntersuchungen durch und entwickelt neue kundenspezifische Applikationen für das Themenfeld Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Beide setzen die 3D-Drucker, die im Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF/FDM-Verfahren) arbeiten, frühzeitig und häufig während des Designprozesses ein, da die Drucker über einen sehr großen Bauraum verfügen und sehr schnell „greifbare“ Bauteile für erste Funktionsprüfungen liefern. Die technischen Daten:

  • Bauvolumen: 30,0 L X 30,5 B X 45.7 H cm / 41,77 cm³
  • Schichtauflösung: 100 Mikrometer
  • Filament-Durchmesser: 1,75 mm
  • Filament-Kompatibilität: MakerBot PLA Filament, große Spule
  • Düsendurchmesser: 0,4 mm
  • Druckdateiformate: .Makerbot
  • Umgebungstemperatur beim Druck: 15-24 °C
  • Lagertemperatur: 0-38 °C

Die Druckdateien, die automatisiert aus der CAD Konstruktion erstellt werden, können über WLAN, USB, Ethernet oder über einen USB-Stick auf den 3D-Drucker übertragen werden. Anwender können zudem den 3D-Drucker mit MakerBot Mobile per Fernzugriff oder über die Software MakerBot Print steuern. Letztere steht kostenlos zum Download auf der Internetseite des US-amerikanischen Unternehmens Makerbot Industries für Mac und Windows kompatibel zur Verfügung. Sie verfügt über eine individualisierte Cloud-basierte Bibliothek, in der 3D-CAD-Daten gespeichert und organisiert werden können.

3D-Drucker im Rapid Prototyping von Greifern

Die 3D-Drucker laufen in Augsburg mit einer Erfolgsrate von circa 92%, und mit über 7000 Stunden im Jahr drucken sie im Wesentlichen nonstop Prototypen zur Entwicklung von Robotern und ihren Endeffektoren. Für den Kuka LBR iiwa, einem intelligenten Leichtbauroboter, der sicher ohne Schutzzaun in einem Arbeitsraum mit Menschen arbeitet, begann das Team um Honsberg mit dem Protoyping eines Greifers für eine kundenspezifische Anwendung: Der Endeffektor sollte unterschiedliche Objekte aus Containern eines Swisslog Autostore Lagersystems nach der Identifizierung mit objektspezifischen Greifstrategien herausnehmen. Der durchgängige Einsatz der 3D-Drucker vom ersten Konzeptentwurf, über das Testing bis zur Verwendung der 3D-gedruckten Teile am funktionsfähigen Robotergreifer, machte es dem Team möglich, das Gewicht und die Entwicklungszeit des Endeffektors wesentlich zu reduzieren. Aus dem Entwicklungsansatz in Kombination mit einer 3D-Kamera und intelligenter Software entstand der automatisierte ItemPiQ-Endeffektor für den sensitiven Kuka LBR iiwa.

Die mittlerweile zweite Generation des ItemPiQ (Agilus), die vom Kuka-Tochterunternehmen Swisslog weiterentwickelt wurde, verwendet den Multifunktionsgreifer für Produkte bis zu 1,5 kg. Abhängig vom Produkt kann der Greifer unterschiedlichste Warentypen mit einer Oberfläche von mindestens 20 mm mal 25 mm aufnehmen. Es gibt verschiedene Saug-Modi, die auch in Verbindung mit dem mechanischen Greifmechanismus genutzt werden können. Die Greifmethoden werden je nach Artikel gewählt. ItemPiQ kann bei einer großen Bandbreite unterschiedlicher Produkte angewendet werden und bildet den Grundstein für angewandte künstliche Intelligenz in der Robotik. Seine 3D-Bildverarbeitung wird für die Objekterkennung im Ausgangsbehälter angewendet. Das System verwendet einen 3D-Sensor von Roboception, der Punktwolken und die Umrisse der Ware erkennt. In Kombination mit dem Softwarealgorithmus ermittelt das intelligente Visionssystem Greifpunkte an Produkten. Dies ist besonders in Logistikumgebungen mit Tausenden von Artikeln ein großer Vorteil, da das übliche „Einlernen“ von Vergleichsbildern und -modellen für die Artikel entfällt.

Zeitersparnis in der Konstruktion

Nach der Entwicklung einer Applikation mit Endeffektor implementiert das Application Engineering Team die individuelle Anwendung als Betriebsversuch beim Kunden. Durch die vielfältigen Möglichkeiten der 3D-Druck-Technologie können Lösungen schnell und fortlaufend vor Ort durch technisch notwendige Anpassungen optimiert werden. „Betrachtet man den gesamten Zyklus von Anfang bis Ende“, so Honsberg, „haben unsere Konstrukteure und Ingenieure durch den Einsatz der 3D-Drucker unglaublich viel Freiheit gewonnen. Herkömmliche Prozesse erweisen sich im Vergleich als zu langsam, da die klassische Fertigungskette oft mehrere Wochen in Anspruch nimmt. Das gedruckte Bauteil steht oft am nächsten Tag schon zur Verfügung.“ In manchen Fällen verkürze der 3D-Druck zwei bis vier Wochen der gesamten Entwicklungszeit. „Außerdem wäre die konstruktive Integration von Funktionselementen, wie beispielsweise Kanäle für Medien oder angedruckte Arretierungen, sowie die Reduzierung der Anzahl von Einzelteilen und mechanischen Schnittstellen, welche für den Leichtbau notwendig sind, anderweitig nicht möglich“, so Honsberg abschließend. eve

Details zum Makerbot Z18: hier.pro/aYoZv

Kontakt:

Kuka Aktiengesellschaft

Zugspitzstraße 140

86165 Augsburg, Deutschland

Telefon: +49 821 797–50

Fax: +49 821 797–5252

E-Mail: kontakt@kuka.com

www.kuka.de

MakerBot Industries

LLC One MetroTech Center

21st Fl

Brooklyn, NY 11201

USA

www.makerbot.com


Otmar Honsberg, Leiter Application Engineering Team, Kuka Systems GmbH
Bild: Kuka

„Außerdem wäre die konstruktive Integration von Funktionselementen, wie Kanäle für Medien oder angedruckte Arretierungen, sowie die Reduzierung der Anzahl von Einzelteilen und mechanischen Schnittstellen anderweitig nicht möglich.“


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